DE102017222721B4 - 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 (GW2), sowie einen ersten Planetenradsatz (P1), einen zweiten Planetenradsatz (P2) und einen dritten Planetenradsatz (P3), wobei die Planetenradsätze (P1, P2, P3)jeweils mehrere Elemente (E11, E21, E31, E12, E22, E32, E13, E23, E33) umfassen, wobei ein erstes (K1), ein zweites (K2), ein drittes (K3), ein viertes (B1) und ein fünftes Schaltelement (K4) vorgesehen sind, und wobei ein Rotor (R) der Elektromaschine (EM) an der Antriebswelle (GW1), an der Abtriebswelle (GW2) oder zumindest einem der Elemente (E11, E21, E31, E12, E22, E32, E13, E23, E33) der Planetenradsätze (P1, P2, P3) angebunden ist, dadurch gekennzeichnet,- dass die Antriebswelle (GW1) drehfest mit dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbunden und über das erste Schaltelement (K1) drehfest mit der Abtriebswelle (GW2) sowie mittels des zweiten Schaltelements (K2) drehfest mit dem dritten Element (E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) in Verbindung bringbar ist,- dass die Abtriebswelle (GW2) drehfest mit dem zweiten Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) verbunden ist,- dass das dritte Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) und das zweite Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest miteinander in Verbindung stehen und über das dritte Schaltelement (K3) drehfest mit dem zweiten Element (E23) des dritten Planetenradsatzes (P3) verbindbar sind,- dass das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes mittels des vierten Schaltelements (B1) festsetzbar sowie über das fünfte Schaltelement (K4) drehfest mit dem zweiten Element (E23) des dritten Planetenradsatzes (P3) in Verbindung bringbar ist,- und dass das erste Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) und das erste Element (E13) des dritten Planetenradsatzes (P3) festgesetzt sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Elektromaschine, eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, sowie einen ersten Planetenradsatz, einen zweiten Planetenradsatz und einen dritten Planetenradsatz, wobei die Planetenradsätze jeweils mehrere Elemente umfassen, wobei ein erstes, ein zweites, ein drittes, ein viertes und ein fünftes Schaltelement vorgesehen sind, und wobei ein Rotor der Elektromaschine an der Antriebswelle, an der Abtriebswelle oder zumindest einem der Elemente der Planetenradsätze angebunden ist.
  • 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 2007 / 0 129 202 A1 geht ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug hervor, wobei sich das Getriebe aus drei Planetenradsätzen und zwei Elektromaschinen zusammensetzt. Die Planetenradsätze sind jeweils durch die Elemente Sonnenrad, Planetensteg und Hohlrad gebildet, wobei zudem insgesamt fünf Schaltelemente vorgesehen sind, über welche unterschiedliche Kraftflussführungen über die Planetenradsätze dargestellt werden können. So können mehrere unterschiedliche Gänge und auch Betriebsmodi realisiert werden.
  • 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 für ein Hybridfahrzeug ist zudem Gegenstand von Anspruch 13. Des Weiteren haben die Ansprüche 14 und 15 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, einen zweiten Planetenradsatz und einen dritten Planetenradsatz. Die Planetenradsätze umfassen dabei mehrere Elemente, wobei 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.
  • 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 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 Achse 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 Achse 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 bevorzugt axial im Bereich eines Endes des Getriebes liegt, an welchem auch eine 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 kann ein Abtrieb des Getriebes 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 Planetenradsätze sind bei einem quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichteten Antriebsstrang bevorzugt axial auf die Anschlussstelle der Antriebswelle folgend in der Reihenfolge erster Planetenradsatz, zweiter Planetenradsatz und dritter Planetenradsatz angeordnet. Ist das Getriebe hingegen für einen in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichteten Antriebsstrang vorgesehen, so sind die Planetenradsätze auf die Anschlussstelle der Antriebswelle folgend insbesondere in der Reihenfolge dritter Planetenradsatz, zweiter Planetenradsatz und erster Planetenradsatz angeordnet.
  • Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die Antriebswelle drehfest mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist und über das erste Schaltelement drehfest mit der Abtriebswelle in Verbindung gebracht sowie mittels des zweiten Schaltelements drehfest mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes verbunden werden kann. Des Weiteren ist die Abtriebswelle drehfest mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden. Das dritte Element des ersten Planetenradsatzes und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes stehen drehfest miteinander in Verbindung und können gemeinsam über das dritte Schaltelement drehfest mit dem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes verbunden werden. Zudem kann das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes mittels des vierten Schaltelements festgesetzt sowie über das fünfte Schaltelement drehfest mit dem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes in Verbindung gebracht werden. Schließlich sind das erste Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des dritten Planetenradsatzes festgesetzt.
  • Mit anderen Worten ist also die Antriebswelle permanent drehfest mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden, während die Abtriebswelle ständig drehfest mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes in Verbindung steht. Ferner stehen das dritte Element des ersten Planetenradsatzes und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes permanent drehfest miteinander in Verbindung. Zudem sind das erste Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des dritten Planetenradsatzes jeweils permanent festgesetzt und werden damit auch ständig an einer Drehbewegung gehindert. Dabei können das erste Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des dritten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbunden und gemeinsam festgesetzt sein. Alternativ dazu können das erste Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des dritten Planetenradsatzes aber auch unabhängig voneinander festgesetzt und an einer Drehbewegung gehindert sein.
  • Bei Betätigung des ersten Schaltelements wird die Antriebswelle drehfest mit der Abtriebswelle verbunden, wohingegen das zweite Schaltelement im geschlossenen Zustand die Antriebswelle und das dritte Element des dritten Planetenradsatzes drehfest miteinander in Verbindung bringt. Ein Schließen des dritten Schaltelements hat eine drehfeste Verbindung des zweiten Elements des dritten Planetenradsatzes mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes und dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes zur Folge, während das vierte Schaltelement im geschlossenen Zustand das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes festsetzt. Schließlich werden durch Schließen des fünften Schaltelements das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes und das zweite Element des dritten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbunden.
  • 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. Vorliegend sind dabei das erste Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des dritten Planetenradsatzes ständig festgesetzt.
  • Bei dem Getriebe liegen das erste, das zweite, das dritte und das fünfte Schaltelement als Kupplungen vor, welche bei Betätigung jeweils die je zugehörigen, rotierbaren Komponenten des Getriebes ggf. in ihren Drehbewegungen einander angleichen und im Folgenden drehfest miteinander verbinden. Dagegen ist das vierte Schaltelement als Bremse gestaltet, die im betätigten Zustand die zugehörige Komponente des Getriebes festsetzt.
  • Bevorzugt sind das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement, das vierte Schaltelement und das fünfte Schaltelement im Wesentlichen in einer Radebene des zweiten Planetenradsatzes vorgesehen, wobei das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement hierbei insbesondere axial im Wesentlichen auf Höhe von sowie radial innen liegend zum zweiten Planetenradsatz platziert sind. Dagegen sind das vierte Schaltelement und das fünfte Schaltelement dabei bevorzugt axial auf Höhe von sowie radial umliegend zum zweiten Planetenradsatz angeordnet. Das dritte Schaltelement liegt insbesondere axial zwischen dem zweiten Planetenradsatz und dem dritten Planetenradsatz.
  • Antriebsseitig kann zudem eine Trennkupplung vorgesehen sein, die im betätigten Zustand die Antriebswelle drehfest mit einer Anschlusswelle verbindet, welche wiederum mit der dem Getriebe vorgeschaltete Antriebsmaschine gekoppelt ist. Diese Trennkupplung kann dabei prinzipiell als kraftschlüssiges oder auch als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt sein, liegt aber besonders bevorzugt als Reibungskupplung vor.
  • Insgesamt zeichnet sich ein erfindungsgemäßes Getriebe durch eine kompakte Bauweise, geringe Bauteilbelastungen, einen guten Verzahnungswirkungsgrad und geringe Verluste aus.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Getriebe können vier Gänge zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle durch selektives Schließen von je zwei Schaltelementen realisiert werden. Hierbei ergibt sich ein erster Gang zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle in einer ersten Variante durch Betätigen des dritten und des vierten Schaltelements, wobei der erste Gang zudem noch in einer zweiten Variante durch Schließen des zweiten und des vierten Schaltelements sowie in einer dritten Variante durch Betätigen des vierten und des fünften Schaltelements geschaltet werden kann. Ein zweiter Gang zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle kann durch Betätigen des zweiten und des dritten Schaltelements dargestellt werden, während sich ein dritter Gang zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle durch Schließen des dritten Schaltelements und des fünften Schaltelements ergibt. Ferner kann ein vierter Gang zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle in einer ersten Variante durch Schließen des ersten und des dritten Schaltelements, in einer zweiten Variante durch Betätigen des ersten und des zweiten Schaltelements sowie in einer dritten Variante durch Betätigen des ersten und des fünften Schaltelements geschaltet werden. Schließlich ergibt sich noch ein erster Zusatzgang durch Schließen des zweiten und des fünften Schaltelements.
  • Bei geeigneter Wahl von Standgetriebeübersetzungen der Planetenradsätze wird hierdurch 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.
  • Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist der Rotor der Elektromaschine ständig mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes verbunden. Diese Anordnung der Elektromaschine in dem Getriebe ist vorteilhaft, da sich hierdurch unterschiedliche Betriebsmodi auf einfache Art und Weise verwirklichen lassen:
    • So kann ein erster Gang zwischen dem Rotor und der Abtriebswelle für ein rein elektrisches Fahren genutzt werden. Dabei ergibt sich dieser erste Gang durch Schließen des dritten Schaltelements, so dass der Rotor der Elektromaschine über den dritten Planetenradsatz und den ersten Planetenradsatz mit der Abtriebswelle verbunden ist. Dabei entspricht eine Übersetzung dieses ersten Ganges einer Übersetzung des zweiten zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle wirksamen Ganges.
  • Da für ein Fahren über eine dem Getriebe vorgeschaltete Antriebsmaschine stets noch ein weiteres Schaltelement zu schließen ist, kann hierbei ein Fahren über die Elektromaschine dargestellt werden, ohne dass die Antriebsmaschine angekoppelt ist. Von diesem rein elektrischen Fahren kann dann die vorgeschaltete Antriebsmaschine in die erste Variante des ersten, zwischen An-und Abtriebswelle wirksamen Ganges, in den zweiten, zwischen An-und Abtriebswelle wirksamen Gang, in den bzw. die erste Variante des dritten, zwischen An-und Abtriebswelle wirksamen Ganges und in die erste Variante des vierten zwischen An-und Abtriebswelle wirksamen Ganges jeweils zugestartet werden, da das dritte Schaltelement an jedem dieser Gänge beteiligt ist.
  • Als weiterer Betriebsmodus kann zudem ein Ladebetrieb eines elektrischen Energiespeichers verwirklicht werden, indem lediglich das zweite Schaltelement geschlossen und damit eine Verbindung der Antriebswelle mit der Elektromaschine und damit auch der vorgeschalteten Antriebsmaschine mit der Elektromaschine hergestellt wird. 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.
  • Da die Elektromaschine im geschlossenen Zustand des dritten Schaltelements mit der Abtriebswelle gekoppelt ist, können zudem Lastschaltungen verwirklicht werden, bei welchen im Zuge der Schaltungen jeweils ein Abstützen über die Elektromaschine stattfinden kann. Dabei kann die Synchronisation des bei einer Schaltung zu schließenden Schaltelements durch Drehzahlregelung der vorgeschalteten Antriebsmaschine oder durch synchronisierte Schaltelemente oder auch durch eine andere, separate Synchronisationseinrichtung erfolgen, wie zum Beispiel eine Getriebebremse oder auch eine weitere Elektromaschine. Wird antriebsseitig der Antriebswelle zudem eine Trennkupplung vorgesehen, kann die Trägheitsmasse der vorgeschalteten Antriebsmaschine während der Synchronisierung abgekoppelt werden.
  • Konkret können dabei Schaltungen zwischen der ersten Variante des ersten, zwischen An-und Abtriebswelle wirksamen Ganges und dem zweiten, zwischen An-und Abtriebswelle wirksamen Gang unter Last bei geschlossenem dritten Schaltelement verwirklicht werden. Gleiches ist bei Schaltungen zwischen dem zweiten, zwischen An-und Abtriebswelle wirksamen Gang und dem dritten, zwischen An-und Abtriebswelle wirksamen Gang bzw. der ersten Variante des dritten, zwischen An-und Abtriebswelle wirksamen Ganges möglich. Ferner können Lastschaltungen zwischen dem dritten, zwischen An-und Abtriebswelle wirksamen Gang bzw. der ersten Variante des dritten, zwischen An-und Abtriebswelle wirksamen Ganges und der ersten Variante des vierten, zwischen An-und Abtriebswelle wirksamen Ganges im geschlossenen Zustand des dritten Schaltelements dargestellt werden.
  • 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 vierten Ganges gefahren werden, indem entweder nach einer über die Elektromaschine drehmomentgestützten Schaltung vom dritten in den vierten Gang oder nach einem Zustarten der Antriebsmaschine in den vierten Gang das vierte Schaltelement zunächst geschlossen bleibt. Um nun aber eine Drehzahl der Elektromaschine im vierten Gang bei höheren Fahrgeschwindigkeiten abzusenken, kann von der ersten Variante des vierten Ganges in die zweite Variante des vierten Ganges umgeschaltet werden, da hier der Rotor der Elektromaschine eine geringere Drehzahl aufweist als in der ersten Variante des vierten Ganges. Diese Umschaltung erfolgt dabei mit Erhaltung der Zugkraft über die vorgeschaltete Antriebsmaschine. Zunächst wird dabei das lastfreie, dritte Schaltelement ausgelegt und im Folgenden das lastfreie, zweite Schaltelement eingelegt, wobei die Drehzahlanpassung dabei durch Drehzahlregelung der Elektromaschine erfolgt. Ist zudem eine Trennkupplung vorgesehen, über welche die Antriebswelle antriebsseitig mit einer Anschlusswelle verbunden werden kann, kann die vorgeschaltete Antriebsmaschine zudem abgekoppelt werden. Letzteres ist sinnvoll, wenn auch aus höheren Fahrgeschwindigkeiten heraus ein Rekuperieren über die Elektromaschine erfolgen soll und dabei die Antriebsmaschine abzukoppeln und abzuschalten ist.
  • Als weiterer Betriebsmodus kann zudem ein Anfahrmodus für Vorwärtsfahrt bei Antrieb über die Antriebswelle und damit die vorgeschaltete Antriebsmaschine realisiert werden. Dazu wird das fünfte Schaltelement geschlossen, so dass die Antriebsmaschine über das erste Element des zweiten Planetenradsatzes antreibt und gleichzeitig die Elektromaschine am dritten Element des zweiten Planetenradsatzes abstützt, während ein Abtrieb über das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes unter Übersetzung über den ersten Planetenradsatz erfolgt. Durch Abstützen des Drehmoments über die Elektromaschine kann dabei ein Anfahren für Vorwärtsfahrt verwirklicht werden.
  • Unter einer „Verbindung“ des Rotors der Elektromaschine mit der jeweiligen Komponente des Getriebes ist im Sinne der Erfindung eine Koppelung zwischen diesen zu verstehen, so dass zwischen dem Rotor der Elektromaschine und der jeweiligen Komponente eine gleichbleibende Drehzahlabhängigkeit vorherrscht. Diese Verbindung besteht dabei bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung permanent zwischen dem Rotor und dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes. Dabei kann die Elektromaschine entweder koaxial zu den Planetenradsätzen oder achsversetzt zu diesen liegend angeordnet sein. Im erstgenannten Fall kann der Rotor der Elektromaschine dabei entweder unmittelbar drehfest mit der Komponente verbunden oder aber über eine oder auch mehrere zwischenliegende Übersetzungsstufen mit dieser 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.
  • Ist die Elektromaschine hingegen achsversetzt zu den Planetenradsätzen 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 weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ist genau eine Elektromaschine vorgesehen, welche zum Antrieb der Abtriebswelle eingerichtet ist. In diesem Fall weist das erfindungsgemäße Getriebe also lediglich eine Elektromaschine auf, die auch als Antrieb der Abtriebswelle fungieren kann, wobei diese dann eben bevorzugt ständig mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes verbunden ist. Dies hat den Vorteil, dass somit ein kompakter Aufbau und ein niedriger Herstellungsaufwand des Getriebes verwirklicht werden kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ist zudem ein sechstes Schaltelement vorgesehen, über welches das dritte Element des dritten Planetenradsatzes drehfest mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes und dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden werden kann. Besonders bevorzugt ist dieses sechste Schaltelement dabei axial zwischen dem zweiten Planetenradsatz und dem dritten Planetenradsatz vorgesehen und liegt hierbei weiter bevorzugt axial zwischen dem dritten Schaltelement und dem dritten Planetenradsatz.
  • Durch Vorsehen des zusätzlichen, sechsten Schaltelements können bei dem erfindungsgemäßen Getriebe dann eine weitere Variante des ersten, zwischen An-und Abtriebswelle wirksamen Ganges, unterschiedliche Varianten des dritten, zwischen An-Abtriebswelle wirksamen Ganges, eine weitere Variante des vierten, zwischen An-und Abtriebswelle wirksamen Ganges sowie ein zweiter Zusatzgang realisiert werden. So ergibt sich der erste, zwischen An-und Abtriebswelle wirksame Gang in einer vierten Variante durch Schließen des vierten und des sechsten Schaltelements, der dritte, zwischen An-und Abtriebswelle wirksame Gang in einer ersten Variante durch Betätigen des dritten und des fünften Schaltelements sowie in einer zweiten Variante durch Schließen des zweiten und des sechsten Schaltelements, der vierte, zwischen An und Abtriebswelle wirksame Gang in einer vierten Variante durch Schließen des ersten und des sechsten Schaltelements sowie ein zweiter Zusatzgang durch Betätigen des fünften und des sechsten Schaltelements.
  • Darüber hinaus kann zudem ein zweiter Gang realisiert werden, welcher zwischen dem Rotor der Elektromaschine und der Abtriebswelle wirksam ist. Dieser zweite Gang wird dabei durch Schließen des sechsten Schaltelements geschaltet, so dass die Elektromaschine dann über den ersten Planetenradsatz mit der Abtriebswelle verbunden ist. Ausgehend von diesem zweiten Gang kann dann ein Zustarten der vorgeschalteten Antriebsmaschine in die vierte Variante des ersten Ganges, die zweite Variante des dritten Ganges und die vierte Variante des vierten Ganges stattfinden, da das sechste Schaltelement auch an jedem dieser Gänge beteiligt ist.
  • Ferner kann das erfindungsgemäße Getriebe bei Vorsehen des sechsten Schaltelements des Weiteren so betrieben werden, dass beim Fahren eine Drehzahlabsenkung der Elektromaschine erreicht wird. So kann zunächst hybridisch in der ersten Variante des vierten zwischen An-und Abtriebswelle wirksamen Ganges gefahren werden, indem entweder nach einer über die Elektromaschine drehmomentgestützten Schaltung vom dritten in den vierten Gang oder nach einem Zustarten der Antriebsmaschine in den vierten Gang das dritte Schaltelement zunächst geschlossen bleibt. Um nun aber eine Drehzahl der Elektromaschine im vierten Gang bei höheren Fahrgeschwindigkeiten abzusenken, kann von der ersten Variante des vierten Ganges in die vierte Variante des vierten Ganges umgeschaltet werden, da hier der Rotor der Elektromaschine eine geringere Drehzahl aufweist, als in der ersten Variante des vierten Ganges. Diese Umschaltung erfolgt dabei mit Erhaltung der Zugkraft über die vorgeschaltete Antriebsmaschine. Zunächst wird dabei das lastfreie, dritte Schaltelement ausgelegt und im Folgenden das lastfreie, sechste Schaltelement eingelegt, wobei die Drehzahlanpassung dabei durch Drehzahlregelung der Elektromaschine erfolgt.
  • Dabei ist zur Abkoppelung der vorgeschalteten Antriebsmaschine keine Trennkupplung erforderlich, da die vorgeschaltete Antriebsmaschine in der vierten Variante des vierten, zwischen An-und Abtriebswelle wirksamen Ganges durch Öffnen des ersten 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 vierten zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle wirksamen Gang in den dritten zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle wirksamen Gang vorbereitet werden, indem zunächst von der vierten Variante in die erste Variante des vierten Ganges gewechselt und dabei die Zugkraft bei geschlossenem ersten Schaltelement über die vorgeschaltete Antriebsmaschine erhalten wird. In der ersten Variante des vierten Ganges ist dann wiederum das dritte Schaltelement geschlossen, welches benötigt wird, um im Zuge der Rückschaltung vom vierten in den dritten 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.
  • Die Planetenradsätze können, sofern es eine Anbindung der Elemente ermöglicht, im Rahmen der Erfindung jeweils als Minus-Planetensatz vorliegen, wobei es sich bei dem ersten Element des jeweiligen Planetenradsatzes 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 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 mehrere 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. Entsprechend einer ersten Variante der Erfindung liegen alle drei Planetenradsätze als Minus-Planetensätze vor. Gemäß einer hierzu alternativen, zweiten Variante der Erfindung sind hingegen der erste und der zweite Planetenradsatz als Minus-Planetensatz gestaltet, wohingegen es sich bei dem dritten Planetenradsatz um einen Plus-Planetensatz handelt.
  • In Weiterbildung der Erfindung sind zumindest zwei Schaltelemente zu je einem Schaltelementpaar zusammengefasst, welchem je ein gemeinsames Betätigungselement zugeordnet ist, wobei über das je eine Betätigungselement aus einer jeweiligen Neutralstellung heraus einerseits das eine Schaltelement sowie andererseits das andere Schaltelement des jeweiligen Schaltelementpaares betätigt werden kann. Dies ist dabei bei Schaltelementen des Getriebes realisiert, die eine gemeinsame Welle aufweisen und nicht gleichzeitig in einem Gang betätigt sind, und hat den Vorteil, dass dadurch die Anzahl an Betätigungselementen reduziert und damit der Herstellungsaufwand vermindert werden kann.
  • Je nach konkreter Ausgestaltung des Getriebes können dabei das erste und das zweite Schaltelement und/oder das vierte und das fünfte Schaltelement und/oder das dritte und das sechste Schaltelement paarweise zusammengefasst sein und über je ein gemeinsames Betätigungselement verfügen.
  • 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 Brennkraftmaschine 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 Hybridfahrzeug und ist dann zwischen einer insbesondere als Verbrennungskraftmaschine 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 gekoppelt oder über eine zwischenliegende Trennkupplung bzw. ein Anfahrelement mit dieser verbindbar, wobei zwischen Verbrennungskraftmaschine und 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 Torsionsschwingungsdämpfer mit in dieses Gehäuse integriert sein.
  • Dass zwei Bauelemente des Getriebes drehfest „verbunden“ bzw. „gekoppelt“ sind bzw. „miteinander in Verbindung stehen“, meint im Sinne der Erfindung eine permanente 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 starr miteinander gekoppelt.
  • Ist hingegen ein Schaltelement zwischen zwei Bauelementen vorgesehen, so sind diese Bauelemente nicht permanent drehfest miteinander gekoppelt, sondern eine drehfeste Koppelung wird erst durch Betätigen des zwischenliegenden Schaltelements vorgenommen. Dabei bedeutet eine Betätigung des Schaltelements im Sinne der Erfindung, dass das betreffende Schaltelement in einen geschlossenen Zustand überführt wird und in der Folge die hieran unmittelbar angekoppelten Bauelemente in ihren Drehbewegungen aneinander angleicht. Im Falle einer Ausgestaltung des betreffenden Schaltelements als formschlüssiges Schaltelement werden die hierüber unmittelbar drehfest miteinander verbundenen Bauelemente unter gleicher Drehzahl laufen, während im Falle eines kraftschlüssigen Schaltelements auch nach einem Betätigen desselbigen Drehzahlunterschiede zwischen den Bauelementen bestehen können. Dieser gewollte oder auch ungewollte Zustand wird im Rahmen der Erfindung dennoch als drehfeste Verbindung der jeweiligen Bauelemente über das Schaltelement bezeichnet.
  • Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
    • 1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges;
    • 2 und 3 jeweils eine schematische Ansicht je eines Getriebes, wie es bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 1 zur Anwendung kommen kann;
    • 4 eine schematische Darstellung eines alternativen Kraftfahrzeugantriebsstranges;
    • 5 eine schematische Ansicht eines Getriebes, wie es bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 4 zur Anwendung kommen kann
    • 6 ein beispielhaftes Schaltschema der Getriebe aus den 2, 3 und 5;
    • 7 bis 9 jeweils eine schematische Ansicht je eines Getriebes wie es bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 1 bzw. 4 zur Anwendung kommen kann;
    • 10 ein beispielhaftes Schaltschema der Getriebe aus den 7 bis 9; und
    • 11 bis 16 jeweils eine schematische Darstellung je einer Abwandlungsmöglichkeit der Getriebe aus den 2, 3, 5 und 7 bis 9.
  • 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 drei Planetenradsätze P1, P2 und P3, wobei jeder der Planetenradsätze P1, P2 und P3 je ein erstes Element E11 bzw. E12 bzw. E13, je ein zweites Element E21 bzw. E22 bzw. E23 und je ein drittes Element E31 bzw. E32 bzw. E33 aufweist. Das jeweilige erste Element E11 bzw. E12 bzw. E13 ist dabei jeweils durch je ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 bzw. P3 gebildet, während das jeweilige zweite Element E21 bzw. E22 bzw. E23 des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 bzw. P3 als Planetensteg und das jeweilige dritte Element E31 bzw. E32 bzw. E33 des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 bzw. P3 als Hohlrad vorliegt.
  • Im vorliegenden Fall liegen also der erste Planetenradsatz P1, der zweite Planetenradsatz P2 und der dritte Planetenradsatz P3 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, bei dem zweiten Planetenradsatz P2 und auch bei dem dritten Planetenradsatz P3 jeweils mehrere Planetenräder vorgesehen.
  • Sofern es die Anbindung zulässt, könnten der erste Planetenradsatz P1, der zweite Planetenradsatz P2 und der dritte Planetenradsatz P3 jeweils auch als Plus-Planetensatz ausgeführt werden, wobei im Vergleich zu der Ausführung als Minus-Planetensatz dann das jeweilige zweite Element E21 bzw. E22 bzw. E23 durch das jeweilige Hohlrad und das jeweilige dritte Element E31 bzw. E32 bzw. E33 durch den jeweiligen Planetensteg gebildet und zudem eine jeweilige Getriebestandübersetzung um eins erhöht werden muss. Bei einem Plus-Planetenradsatz 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 K1, eines zweiten Schaltelements K2, eines dritten Schaltelements K3, eines vierten Schaltelements B1 und eines fünften Schaltelements K4. Dabei sind die Schaltelemente K1, K2, K3, B1 und K4 jeweils als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt und liegen bevorzugt als Klauenschaltelemente vor. Zudem sind das erste Schaltelement K1, das zweite Schaltelement K2, das dritte Schaltelement K3 und das fünfte Schaltelement K4 vorliegend als Kupplungen gestaltet, während das vierte Schaltelement B1 als Bremse ausgeführt ist.
  • Eine Antriebswelle GW 1 des Getriebes G ist drehfest mit dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden und kann über das erste Schaltelement K1 drehfest mit einer Abtriebswelle GW2 des Getriebes G in Verbindung gebracht werden. Darüber hinaus kann die Antriebswelle GW1 noch durch Schließen des zweiten Schaltelements K2 drehfest mit dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 verbunden werden. Die Abtriebswelle GW2 steht drehfest mit dem zweiten Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 in Verbindung, während das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 permanent drehfest mit dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden ist. Hierbei können das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 und das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 gemeinsam durch Schließen des dritten Schaltelements K3 mit dem zweiten Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 in Verbindung gebracht werden.
  • Wie in 2 zu erkennen ist, ist das dritte Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 permanent drehfest mit einem Rotor R der Elektromaschine EM verbunden, deren Stator S ständig an einem drehfesten Bauelement GG festgesetzt ist, wobei es sich bei dem drehfesten Bauelement GG um das Gehäuse des Getriebes G oder einen Teil dieses Gehäuses handeln kann. Dabei sind mit dem drehfesten Bauelement GG auch jeweils das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 und das erste Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 drehfest verbunden und damit jeweils permanent festgesetzt. Schließlich kann noch das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 über das vierte Schaltelement B1 am drehfesten Bauelement GG festgesetzt sowie durch Schließen des fünften Schaltelements K4 drehfest mit dem zweiten Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 in Verbindung gebracht werden.
  • Sowohl die Antriebswelle GW1, als auch die Abtriebswelle GW2 bilden jeweils je eine Anschlussstelle GW1-A bzw. GW2-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 GW2-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 GW2-A der Abtriebswelle GW2 an demselben axialen Ende liegt und hierbei quer zur Anschlussstelle GW1 -A der Antriebswelle GW1 ausgerichtet ist. Die Planetenradsätze P1, P2 und P3 sind auf die Anschlussstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 axial folgend in der Reihenfolge erster Planetenradsatz P1, zweiter Planetenradsatz P2 und dritter Planetenradsatz P3 angeordnet.
  • Wie zudem aus 2 hervorgeht, liegen das erste Schaltelement K1, das zweite Schaltelement K2, das vierte Schaltelement B1 und das fünfte Schaltelement K4 axial im Wesentlichen in einer Radebene des zweiten Planetenradsatzes P2, wobei hierbei das erste Schaltelement K1 und das zweite Schaltelement K2 axial im Wesentlichen auf Höhe von sowie radial innen liegend zum zweiten Planetenradsatz P2 vorgesehen sind. Hingegen liegen das vierte Schaltelement B1 und das fünfte Schaltelement K4 axial im Wesentlichen auf Höhe von sowie radial umliegend zum zweiten Planetenradsatz P2. Das noch verbleibende, dritte Schaltelement K3 ist axial zwischen dem zweiten Planetenradsatz P2 und dem dritten Planetenradsatz P3 platziert.
  • Das erste Schaltelement K1 und das zweite Schaltelement K2 sind axial unmittelbar nebeneinander sowie radial auf derselben Höhe platziert und weisen ein gemeinsames - vorliegend nicht weiter dargestelltes - Betätigungselement auf, über welches aus einer Neutralstellung heraus einerseits das erste Schaltelement K1 und andererseits das zweite Schaltelement K2 betätigt werden kann. Insofern sind das erste Schaltelement K1 und das zweite Schaltelement K2 zu einem Schaltelementpaar SP1 zusammengefasst.
  • Ebenso sind das vierte Schaltelement B1 und das fünfte Schaltelement K5 axial unmittelbar nebeneinanderliegend sowie radial im Wesentlichen auf derselben Höhe angeordnet und zu einem Schaltelementpaar SP2 zusammengefasst, indem dem vierten Schaltelement B1 und dem fünften Schaltelement K5 ein gemeinsames - vorliegend ebenfalls nicht dargestelltes - Betätigungselement zugeordnet ist, über welches aus einer Neutralstellung heraus zum einen das vierte Schaltelement B1 und zum anderen das fünfte Schaltelement K5 betätigt werden kann.
  • Die Elektromaschine EM ist koaxial zu den Planetenradsätzen P1, P2 und P3 angeordnet und liegt axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz P2 abgewandten Seite des dritten Planetenradsatzes P3.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Getriebes G entsprechend einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, wie sie ebenfalls bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang in 1 zur Anwendung kommen kann. Dabei entspricht die Ausgestaltungsmöglichkeit weitestgehend der Variante nach 2, wobei nun allerdings beim dritten Planetenradsatz P3 das zweite Element E23 durch das Hohlrad und das dritte Element E33 durch den Planetensteg gebildet ist. Insofern liegt der dritte Planetenradsatz P3 nun als Plus-Planetensatz vor. Im Übrigen entspricht die Ausgestaltungsmöglichkeit nach 3 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung eines alternativen Kraftfahrzeugantriebsstranges eines Hybridfahrzeuges, in welchem in Übereinstimmung mit der Variante aus 1 ebenfalls eine Verbrennungskraftmaschine VKM über einen zwischenliegenden Torsionsschwingungsdämpfer TS mit einem Getriebe G verbunden ist. Abtriebsseitig ist das Getriebe G mit einem Achsgetriebe AG verbunden, über welches eine Antriebsleistung auf Antriebsräder DW einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges verteilt wird. Erneut sind dabei das Getriebe G und der Torsionsschwingungsdämpfer TS in einem gemeinsamen Gehäuse des Getriebes G angeordnet. Im Unterschied zu der Variante nach 1 sind aber die Verbrennungskraftmaschine VKM, der Torsionsschwingungsdämpfer TS, das Getriebe G und das Differentialgetriebe AG in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichtet.
  • Aus 5 geht eine schematische Ansicht eines Getriebes G gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung hervor, welches bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 4 zur Anwendung kommen kann und im Wesentlichen der Variante aus 2 entspricht. Unterschiedlich ist nun, dass die Anschlussstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 und die Anschlussstelle GW2-A der Abtriebswelle GW2 an unterschiedlichen axialen Enden des Getriebes G vorgesehen sind, um die Anbindung im Antriebsstrang aus 4 zu ermöglichen. Insofern erfolgt in diesem Fall ein koaxialer Antrieb und Abtrieb. Die Zuordnung und die Anbindung der Elemente der Planetenradsätze P1, P2 und P3 entspricht dabei der Variante nach 2, wobei allerdings nun eine anderweitige Anordnung der Planetenradsätze P1, P2 und P3 in axialer Richtung vorgenommen ist, indem nun auf die Anschlussstelle GW1 -A der Antriebswelle GW1 zunächst der dritte Planetenradsatz P3 und dann der zweite Planetenradsatz P2 und der erste Planetenradsatz P1 folgen. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform nach 5 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • In 6 ist ein beispielhaftes Schaltschema für die Getriebe G aus den 2, 3 und 5 tabellarisch dargestellt. Wie zu erkennen ist, können hierbei zwischen der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2 jeweils insgesamt vier Gänge 1 bis 4.3 sowie ein erster Zusatzgang Z1 realisiert werden, wobei in den Spalten des Schaltschemas mit einem X jeweils gekennzeichnet ist, welches der Schaltelemente K1, K2, K3, B1 und K4 in welchem der Gänge 1 bis 4.3 und Z1 jeweils geschlossen ist. In jedem der Gänge 1 bis 4.3 und Z1 sind dabei jeweils zwei der Schaltelemente K1, K2, K3, B1 und K4 geschlossen.
  • Wie in 6 zu erkennen ist, wird ein erster Gang zwischen Antriebswelle GW1 und Abtriebswelle GW2 in einer ersten Variante 1.1 durch Betätigen des dritten Schaltelements K3 und des vierten Schaltelements B1 geschaltet, wobei der erste Gang zudem noch in einer zweiten Variante 1.2 durch Schließen des zweiten Schaltelements K2 und des vierten Schaltelements B1 sowie in einer dritten Variante 1.3 durch Betätigen des vierten Schaltelements B1 und des fünften Schaltelements K4 dargestellt werden kann. Des Weiteren ergibt sich ein zweiter Gang 2 zwischen Antriebswelle GW1 und Abtriebswelle GW2 durch Betätigen des zweiten Schaltelements K2 und des dritten Schaltelements K3 sowie ein dritter Gang 3 zwischen Antriebswelle GW1 und Abtriebswelle GW2 durch Schließen des dritten Schaltelements K3 und des fünften Schaltelements K4.
  • Des Weiteren lässt sich ein vierter, zwischen der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2 wirksamer Gang in einer ersten Variante 4.1 durch Betätigen des ersten Schaltelements K1 und des dritten Schaltelements K3 schalten, wobei der vierte Gang noch in einer zweiten Variante 4.2 durch Schließen des ersten Schaltelements K1 und des zweiten Schaltelements K2 sowie in einer dritten Variante 4.3 durch Betätigen des ersten Schaltelements K1 und des fünften Schaltelements K4 dargestellt werden kann. Schließlich ergibt sich der erste Zusatzgang Z1 durch Schließen des zweiten Schaltelements K2 und des fünften Schaltelements K4.
  • Obwohl die Schaltelemente K1, K2, K3, B1 und K4 jeweils als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sind, kann ein Schalten zwischen der ersten Variante 1.1 des ersten Ganges und dem zweiten Gang 2, zwischen dem zweiten Gang 2 und dem dritten Gang 3 sowie zwischen dem dritten Gang 3 und der ersten Variante 4.1 des vierten Ganges jeweils unter Last realisiert werden. Grund dafür ist, dass das dritte Schaltelement K3 an allen diesen Gängen beteiligt ist, so dass im Zuge der Schaltungen der Abtrieb über die Elektromaschine EM gestützt werden kann, die im geschlossenen Zustand des dritten Schaltelements K3 über den ersten Planetenradsatz P1 und den dritten Planetenradsatz P3 mit der Abtriebswelle GW2 gekoppelt ist. Eine Synchronisation bei den Schaltungen kann dabei 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, 3 und 5 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 GW2 wirksam ist und zu dessen Darstellung das dritte Schaltelement K3 in einen geschlossenen Zustand zu überführen ist, wie aus 4 hervorgeht. Dadurch wird bei geschlossenem dritten Schaltelement K3 die Elektromaschine EM über den dritten Planetenradsatz P3 und den ersten Planetenradsatz P1 mit der Abtriebswelle GW2 verbunden, wobei die Übersetzung des ersten Ganges E1 hierbei der Übersetzung des zweiten, zwischen Antriebswelle GW1 und Abtriebswelle GW2 wirksamen Ganges 2 entspricht.
  • In vorteilhafter Weise kann ausgehend vom ersten Gang E1 ein Zustarten der Verbrennungskraftmaschine VKM in einen der Gänge 1.1, 2, 3 und 4.1 vorgenommen werden, da auch in jedem dieser Gänge jeweils das dritte Schaltelement K3 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 zweiten Schaltelements K2 eine Lade- oder Startfunktion realisiert werden. Denn im geschlossenen Zustand des zweiten Schaltelements K2 ist der Rotor R der Elektromaschine EM direkt drehfest mit der Antriebswelle GW1 gekoppelt und damit auch mit der Verbrennungskraftmaschine VKM. Gleichzeitig besteht dabei aber kein Kraftschluss zur Abtriebswelle GW2, wobei der Rotor R und die Antriebswelle GW 1 dabei gleich schnell drehen. Im generatorischen Betrieb der Elektromaschine EM kann dabei ein elektrischer Energiespeicher über die Verbrennungskraftmaschine VKM geladen werden, während im elektromotorischen Betrieb der Elektromaschine EM 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 fünfte Schaltelement K4 zu schließen, wodurch über die Antriebswelle GW1 mittels des ersten Elements E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 angetrieben wird, während die Elektromaschine EM am dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 unter Übersetzung über den dritten Planetenradsatz P3 das Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine VKM abstützen kann. Ein Abtrieb erfolgt dann über das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 unter Übersetzung über den ersten Planetenradsatz P1 auf die Abtriebswelle GW2. Hierdurch kann ein Anfahren für Vorwärtsfahrt dargestellt werden.
  • Schließlich kann noch eine Drehzahlabsenkung der Elektromaschine EM im mechanischen bzw. hybriden Betrieb gestaltet werden: nach einer über die Elektromaschine EM drehmomentgestützten Schaltung vom dritten Gang in den vierten Gang oder nach einem Zustart der Verbrennungskraftmaschine VKM in den vierten Gang ergibt sich ein hybridisches Fahren im vierten Gang 4.1. Um die Drehzahl der Elektromaschine EM im vierten Gang bei höheren Fahrgeschwindigkeiten abzusenken, kann von der ersten Variante 4.1 des vierten Ganges in die zweite Variante 4.2 umgeschaltet werden, in welcher der Rotor R eine geringere Drehzahl aufweist. Diese Umschaltung erfolgt dabei mit Erhaltung der Zugkraft über die Verbrennungskraftmaschine VKM. Dazu wird das dann lastfreie, dritte Schaltelement K3 ausgelegt und das ebenfalls lastfreie, zweite Schaltelement K2 eingelegt, wobei die Drehzahlanpassung jeweils durch Drehzahlregelung der Elektromaschine EM erfolgt.
  • Ferner zeigt 7 eine schematische Darstellung eines Getriebes G entsprechend einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform entspricht wieder weitestgehend der Variante aus 2, wobei aber im Unterschied dazu nun zusätzlich ein sechstes Schaltelement K5 vorgesehen ist, welches im betätigten Zustand das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 und damit auch das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest mit dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 verbindet. Das sechste Schaltelement K5, welches vorliegend als Kupplung gestaltet ist, ist dabei axial zwischen dem dritten Schaltelement K3 und dem dritten Planetenradsatz P3 vorgesehen. Dabei sind das dritte Schaltelement K3 und das sechste Schaltelement K5 axial unmittelbar nebeneinanderliegend sowie radial im Wesentlichen auf derselben Höhe platziert und zu einem Schaltelementpaar SP3 zusammengefasst, indem dem dritten Schaltelement K3 und dem sechsten Schaltelement K5 ein gemeinsames - nicht dargestelltes - Betätigungselement zugeordnet ist, über welches aus einer Neutralstellung heraus einerseits das dritte Schaltelement K3 und andererseits das sechste Schaltelement K5 betätigt werden kann. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform nach 7 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • Aus 8 geht eine schematische Ansicht eines Getriebes G gemäß einer fünften Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung hervor, die hierbei im Wesentlichen der Variante aus 3 entspricht. Im Unterschied dazu ist nun, wie schon bei der vorhergehenden Ausführungsform nach 7, zusätzlich ein sechstes Schaltelement K5 vorgesehen, welches im betätigten Zustand das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 und das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest mit dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 verbindet. Das als Kupplung gestaltete, sechste Schaltelement K5 ist dabei axial zwischen dem dritten Schaltelement K3 und dem dritten Planetenradsatz P3 angeordnet und dabei axial unmittelbar benachbart zum sowie radial auf Höhe des dritten Schaltelements K3 platziert. Dabei sind das dritte Schaltelement K3 und das sechste Schaltelement K5 zu einem Schaltelementpaar SP3 zusammengefasst, bei welchem über ein - nicht dargestelltes - gemeinsames Betätigungselement einerseits das dritte Schaltelement K3 und andererseits das sechste Schaltelement K5 betätigt werden kann. Ansonsten entspricht die Ausgestaltungsmöglichkeit nach 8 der Variante nach 3, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • Ferner zeigt 9 eine schematische Darstellung eines Getriebes G entsprechend einer sechsten Ausführungsform der Erfindung, welche weitestgehend der Variante aus 5 entspricht und ebenfalls bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 4 zur Anwendung kommen kann. Im Unterschied zu der Variante nach 5 ist zudem ein sechstes Schaltelement K5 vorgesehen, welches im geschlossenen Zustand das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 und das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest mit dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 verbindet. Dabei ist das sechste Schaltelement K5 als Kupplung gestaltet und axial zwischen dem dritten Schaltelement K3 und dem dritten Planetenradsatz P3 platziert, wobei es axial unmittelbar benachbart zum dritten Schaltelement K3 sowie auf dessen radialer Höhe liegt. Dabei sind das dritte Schaltelement K3 und das sechste Schaltelement K5 zu einem Schaltelementpaar SP3 zusammengefasst, indem dem dritten Schaltelement K3 und dem sechsten Schaltelement K5 ein gemeinsames Betätigungselement zugeordnet ist, über welches einerseits das dritte Schaltelement K3 und andererseits das sechste Schaltelement K5 betätigt werden kann. Ansonsten entspricht die Ausgestaltungsmöglichkeit nach 9 der Variante nach 5, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • In 10 ist ein beispielhaftes Schaltschema der Getriebe G aus den 7 bis 9 dargestellt, wobei dieses Schaltschema dabei im Wesentlichen dem Schaltschema aus 6 entspricht. Unterschiedlich ist, dass durch das zusätzliche sechste Schaltelement K5 nun noch eine weitere Variante des ersten, zwischen Antriebswelle GW1 und Abtriebswelle GW2 wirksamen Ganges, unterschiedliche Varianten des dritten, zwischen Antriebswelle GW1 und Abtriebswelle GW2 wirksamen Ganges, eine weitere Variante des vierten, zwischen Antriebswelle GW1 und Abtriebswelle GW2 wirksamen Ganges sowie ein zweiter Zusatzgang Z2 dargestellt werden können.
  • So ergibt sich eine vierte Variante 1.4 des ersten Ganges durch Betätigen des vierten Schaltelements B1 und des sechsten Schaltelements K5, eine dem dritten Gang 3 aus 6 entsprechende erste Variante 3.1 des dritten, zwischen Antriebswelle GW1 und Abtriebswelle GW2 wirksamen Ganges durch Schließen des dritten Schaltelements K3 und des fünften Schaltelements K4 sowie eine zweite Variante 3.2 durch Betätigen des zweiten Schaltelements K2 und des sechsten Schaltelements K5. Hinsichtlich des vierten, zwischen Antriebswelle GW1 und Abtriebswelle GW2 wirksamen Ganges kann eine vierte Variante 4.4 durch Schließen des ersten Schaltelements K1 und des sechsten Schaltelements K5 gebildet werden. Schließlich lässt sich der zweite Zusatzgang Z2 durch Betätigen des fünften Schaltelements K4 und des sechsten Schaltelements K5 schalten.
  • Auch bei den Getrieben G aus den 7 bis 9 können die unterschiedlichen, in 6 beschriebenen Betriebsmodi verwirklicht werden. Darüber hinaus kann nun noch ein zweiter Gang E2 durch Schließen des sechsten Schaltelements K5 dargestellt werden, wobei der zweite Gang E2 zwischen dem Rotor R und der Abtriebswelle GW2 wirksam ist. Dadurch ist der Rotor R der Elektromaschine EM dann drehfest mit dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem dritten Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 verbunden und dementsprechend über den ersten Planetenradsatz P1 mit der Abtriebswelle GW2 gekoppelt. Ausgehend vom zweiten Gang E2 kann dabei die Verbrennungskraftmaschine VKM in die Gänge 1.4, 3.2 und 4.4 jeweils zugestartet werden, da an diesen jeweils ebenfalls das sechste Schaltelement K5 beteiligt ist.
  • Außerdem kann bei den Getrieben G aus den 7 bis 9 auch eine Drehzahlabsenkung der Elektromaschine EM durch Umschalten von der ersten Variante 4.1 in die vierte Variante 4.4 des vierten Ganges realisiert werden. Dazu wird ausgehend von der ersten Variante 4.1 unter Erhaltung der Zugkraft über die Verbrennungskraftmaschine VKM zunächst das lastfreie dritte Schaltelement K3 ausgelegt und das ebenfalls lastfreie, sechste Schaltelement K5 eingelegt, wobei eine Drehzahlanpassung zur Darstellung der Lastfreiheiten durch Drehzahlregelung der Elektromaschine EM erfolgt. Abgesehen davon, dass sich durch das Umschalten in die vierte Variante 4.4 des vierten Ganges eine Drehzahlabsenkung des Rotors R der Elektromaschine EM erreichen lässt, ist es hierdurch zudem möglich, die Verbrennungskraftmaschine VKM durch Öffnen des ersten Schaltelements K1 jederzeit abzukoppeln, wenn über die Elektromaschine EM angetrieben oder gebremst (Rekuperation) werden soll.
  • Zudem kann bei langsamer werdendem Fahrzeug eine Rückschaltung vom vierten Gang in den dritten Gang vorbereitet werden, indem zunächst von der vierten Variante 4.4 in die erste Variante 4.1 des vierten Ganges gewechselt wird, während über die Verbrennungskraftmaschine VKM bei geschlossenem ersten Schaltelement K1 die Zugkraft erhalten wird. In der ersten Variante 4.1 des vierten Ganges ist dann das dritte Schaltelement K3 geschlossen, über welches im Zuge der Rückschaltung in die erste Variante 3.1 des dritten Ganges ein Stützen der Zugkraft erfolgen kann.
  • Schließlich zeigen noch die 11 bis 16 Abwandlungsmöglichkeiten der Getriebe G aus den 2, 3, 5 und 7 bis 9. Diese Abwandlungsmöglichkeiten betreffen dabei anderweitige Einbindungsmöglichkeiten einer Elektromaschine EM. So ist in 11 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 dort drehfest angebunden, wo bei den Varianten der 2, 3, 5 und 7 bis 9 der Rotor R drehfest angebunden war. Das Stirnrad SR1 steht dann mit dem Stirnrad SR2 im Zahneingriff, welches drehfest auf einer Eingangswelle EW der Elektromaschine EM 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 12 ist die Elektromaschine EM achsversetzt zu dem jeweiligen Radsatz RS des jeweiligen Getriebes G platziert. Im Unterschied zu der vorhergehenden Variante nach 11 ist eine Anbindung dabei aber nicht über eine Stirnradstufe SRS, 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 an der Stelle angebunden, an welcher bei den Getrieben G aus den 2, 3, 5 und 7 bis 9 jeweils eine drehfeste Anbindung des Rotors R vollzogen war. 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 13 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 dort drehfest angebunden, wo bei den Getrieben G aus den 2, 3, 5 und 7 bis 9 jeweils eine drehfeste Anbindung des Rotors R vollzogen war. 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 14 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 13, 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 14 sonst der Variante nach 13, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • Des Weiteren zeigt 15 eine weitere Abwandlungsmöglichkeit der Getriebe G aus den 2, 3, 5 und 7 bis 9, wobei auch hier eine Einbindung der Elektromaschine EM über eine Stirnradstufe SRS und eine Planetenstufe PS vorgenommen. Im Unterschied zu der vorhergehenden Variante nach 14 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 15 zu erkennen ist, ist ein erstes Stirnrad SR1 der Stirnradstufe SRS seitens des Radsatzes RS drehfest angebunden, wobei diese Anbindung dabei an der Stelle vorgenommen ist, an welcher bei den Getrieben aus den 2, 3, 5 und 7 bis 9 jeweils eine drehfeste Anbindung des Rotors R vollzogen war. 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 16 eine weitere Abwandlungsmöglichkeit der Getriebe G aus den 2, 3, 5 und 7 bis 9, wobei diese Abwandlungsmöglichkeit im Wesentlichen der vorhergehenden Variante nach 15 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 16 sonst der Variante nach 15, 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
    P3
    Dritter Planetenradsatz
    E13
    Erstes Element des dritten Planetenradsatzes
    E23
    Zweites Element des dritten Planetenradsatzes
    E33
    Drittes Element des dritten Planetenradsatzes
    K1
    Erstes Schaltelement
    K2
    Zweites Schaltelement
    K3
    Drittes Schaltelement
    B1
    Viertes Schaltelement
    K4
    Fünftes Schaltelement
    K5
    Sechstes Schaltelement
    SP1
    Schaltelementpaar
    SP2
    Schaltelementpaar
    SP3
    Schaltelementpaar
    1.1
    Erster Gang
    1.2
    Erster Gang
    1.3
    Erster Gang
    1.4
    Erster Gang
    2
    Zweiter Gang
    3
    Dritter Gang
    3.1
    Dritter Gang
    3.2
    Dritter Gang
    4.1
    Vierter Gang
    4.2
    Vierter Gang
    4.3
    Vierter Gang
    4.4
    Vierter Gang
    Z1
    Erster Zusatzgang
    Z2
    Zweiter Zusatzgang
    E1
    erster Gang
    E2
    zweiter Gang
    EDA-V
    Anfahrfunktion Vorwärtsfahrt
    GW1
    Antriebswelle
    GW1-A
    Anschlussstelle
    GW2
    Abtriebswelle
    GW2-A
    Anschlussstelle
    AN
    Anschlusswelle
    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 (15)

  1. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Elektromaschine (EM), eine Antriebswelle (GW1), eine Abtriebswelle (GW2), sowie einen ersten Planetenradsatz (P1), einen zweiten Planetenradsatz (P2) und einen dritten Planetenradsatz (P3), wobei die Planetenradsätze (P1, P2, P3)jeweils mehrere Elemente (E11, E21, E31, E12, E22, E32, E13, E23, E33) umfassen, wobei ein erstes (K1), ein zweites (K2), ein drittes (K3), ein viertes (B1) und ein fünftes Schaltelement (K4) vorgesehen sind, und wobei ein Rotor (R) der Elektromaschine (EM) an der Antriebswelle (GW1), an der Abtriebswelle (GW2) oder zumindest einem der Elemente (E11, E21, E31, E12, E22, E32, E13, E23, E33) der Planetenradsätze (P1, P2, P3) angebunden ist, dadurch gekennzeichnet, - dass die Antriebswelle (GW1) drehfest mit dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbunden und über das erste Schaltelement (K1) drehfest mit der Abtriebswelle (GW2) sowie mittels des zweiten Schaltelements (K2) drehfest mit dem dritten Element (E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) in Verbindung bringbar ist, - dass die Abtriebswelle (GW2) drehfest mit dem zweiten Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) verbunden ist, - dass das dritte Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) und das zweite Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest miteinander in Verbindung stehen und über das dritte Schaltelement (K3) drehfest mit dem zweiten Element (E23) des dritten Planetenradsatzes (P3) verbindbar sind, - dass das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes mittels des vierten Schaltelements (B1) festsetzbar sowie über das fünfte Schaltelement (K4) drehfest mit dem zweiten Element (E23) des dritten Planetenradsatzes (P3) in Verbindung bringbar ist, - und dass das erste Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) und das erste Element (E13) des dritten Planetenradsatzes (P3) festgesetzt sind.
  2. Getriebe (G) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich durch selektives paarweises Schließen der fünf Schaltelemente (K1, K2, K3, B1, K4) ein erster Gang zwischen Antriebswelle (GW1) und Abtriebswelle (GW2) - in einer ersten Variante (1.1) durch Betätigen des dritten (K3) und des vierten Schaltelements (B1), - in einer zweiten Variante (1.2) durch Schließen des zweiten (K2) und des vierten Schaltelements (B1), - in einer dritten Variante (1.3) durch Betätigen des vierten (B1) und des fünften Schaltelements (K4), ein zweiter Gang (2) zwischen Antriebswelle (GW1) und Abtriebswelle (GW2) durch Schließen des zweiten (K2) und des dritten Schaltelements (K3), ein dritter Gang (3; 3.1) zwischen Antriebswelle (GW1) und Abtriebswelle (GW2) durch Betätigen des dritten (K3) und des fünften Schaltelements (K4), ein vierter Gang zwischen Antriebswelle (GW1) und Abtriebswelle (GW2) - in einer ersten Variante (4.1) durch Schließen des ersten (K1) und des dritten Schaltelements (K3), - in einer zweiten Variante (4.2) durch Betätigen des ersten (K1) und des zweiten Schaltelements (K2), - sowie in einer dritten Variante (4.3) durch Schließen des ersten (K1) und des fünften Schaltelements (K4), sowie ein erster Zusatzgang (Z1) durch Betätigen des zweiten (K2) und des fünften Schaltelements (K4) ergibt.
  3. Getriebe (G) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (R) der Elektromaschine (EM) ständig mit dem dritten Element (E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) verbunden ist.
  4. Getriebe (G) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein erster Gang (E1) zwischen dem Rotor (R) der Elektromaschine (EM) und der Abtriebswelle (GW2) durch Schließen des dritten Schaltelements (K3) ergibt.
  5. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass genau eine Elektromaschine (EM) vorgesehen ist, welche zum Antrieb der Abtriebswelle (GW2) eingerichtet ist.
  6. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zudem ein sechstes Schaltelement (K5) vorgesehen ist, über welches das dritte Element (E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) drehfest mit dem dritten Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) und dem zweiten Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbindbar ist.
  7. Getriebe (G) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Gang zwischen Antriebswelle (GW1) und Abtriebswelle (GW2) zusätzlich - in einer vierten Variante (1.4) durch Schließen des vierten (B1) und des sechsten Schaltelements (K5), der dritte Gang zwischen Antriebswelle (GW1) und Abtriebswelle (GW2) - in einer ersten Variante (3.1) durch Betätigen des dritten (K3) und des fünften Schaltelements (K4), - in einer zweiten Variante (3.2) durch Schließen des zweiten (K2) und des sechsten Schaltelements (K5), der vierte Gang zwischen Antriebswelle (GW1) und Abtriebswelle (GW2) zudem - in einer vierten Variante (4.4) durch Betätigen des ersten (K1) und des sechsten Schaltelements (K5), sowie ein zweiter Zusatzgang (Z2) durch Schließen des fünften (K4) und des sechsten Schaltelements (K5) ergibt.
  8. Getriebe (G) nach Anspruch 3 oder 4 und Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein zweiter Gang (E2) zwischen dem Rotor (R) der Elektromaschine (EM) und der Abtriebswelle (GW2) durch Schließen des sechsten Schaltelements (K5) ergibt.
  9. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere der Schaltelemente (K1, K2, K3, B1, K4; K1, K2, K3, B1, K4, K5) jeweils als formschlüssiges Schaltelement realisiert sind.
  10. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Planetenradsatz (P1, P2, P3) als Minus-Planetensatz vorliegt, wobei es sich bei dem jeweiligen ersten Element (E11, E12, E13) des jeweiligen Planetenradsatzes (P1, P2, P3) um ein jeweiliges Sonnenrad, bei dem jeweiligen zweiten Element (E21, E22, E23) des jeweiligen Planetenradsatzes (P1, P2, P3) um einen jeweiligen Planetensteg und bei dem jeweiligen dritten Element (E31, E32, E33) des jeweiligen Planetenradsatzes (P1, P2, P3) um ein jeweiliges Hohlrad handelt.
  11. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Planetenradsatz (P3) als Plus-Planetensatz vorliegt, wobei es sich bei dem jeweiligen ersten Element (E13) des jeweiligen Planetenradsatzes (P3) um ein jeweiliges Sonnenrad, bei dem jeweiligen zweiten Element (E23) des jeweiligen Planetenradsatzes (P3) um ein jeweiliges Hohlrad und bei dem jeweiligen dritten Element (E33) des jeweiligen Planetenradsatzes (P3) um einen jeweiligen Planetensteg handelt.
  12. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Schaltelemente (K1, K2; B1, K4; K3, K5) zu je einem Schaltelementpaar (SP1; SP2; SP3) zusammengefasst sind, welchem je ein Betätigungselement zugeordnet ist, wobei über das je eine Betätigungselement aus einer jeweiligen Neutralstellung heraus einerseits das eine Schaltelement (K1; B1; K3) und andererseits das andere Schaltelement (K2; K4; K5) des jeweiligen Schaltelementpaares (SP1; SP2; SP3) betätigbar ist.
  13. Kraftfahrzeugantriebsstrang für ein Hybridfahrzeug, umfassend ein Getriebe (G) nach einem oder auch mehreren der Ansprüche 1 bis 12.
  14. Verfahren zum Betreiben eines Getriebes (G) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Darstellung eines Ladebetriebes oder eines Startbetriebes lediglich das zweite Schaltelement (K2) geschlossen wird.
  15. Verfahren zum Betreiben eines Getriebes (G) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Darstellung eines Anfahrmodus für Vorwärtsfahrt bei Antrieb über die Antriebswelle (GW1) das fünfte Schaltelement (K4) geschlossen wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102016207426A1 (de) 2016-04-29 2017-11-02 Zf Friedrichshafen Ag Getriebe für ein Kraftfahrzeug, sowie Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Getriebe

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