DE102018202584A1 - Getriebe für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Stefan Beck
Matthias Horn
Johannes Kaltenbach
Uwe Griesmeier
Viktor Warth
Jens Moraw
Fabian Kutter
Gerhard Niederbrucker
Michael Wechs
Michael Roske
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Elektromaschine (EM1), eine erste Antriebswelle (GW1), eine zweite Antriebswelle (GW2), eine Abtriebswelle (GWA), zwei Planetenradsätze (P1, P2) sowie zumindest vier Schaltelemente (A, B, C, D), wobei durch selektives Betätigen der zumindest vier Schaltelemente (A, B, C, D) unterschiedliche Gänge schaltbar und zudem im Zusammenspiel mit der Elektromaschine (EM1) unterschiedliche Betriebsmodi darstellbar sind, sowie Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Getriebe (G) und Verfahren zum Betreiben desselbigen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Elektromaschine, eine erste Antriebswelle, eine zweite Antriebswelle, eine Abtriebswelle, sowie einen ersten Planetenradsatz und einen zweiten Planetenradsatz, wobei die Planetenradsätze jeweils mehrere Elemente umfassen, wobei ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Schaltelement vorgesehen sind, und wobei ein Rotor der Elektromaschine mit der zweiten Antriebswelle in Verbindung steht. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, in 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 DE 10 2011 005 531 A1 geht ein Kraftfahrzeugantriebsstrang eines Hybridfahrzeuges hervor, wobei in dem Kraftfahrzeugantriebsstrang eine Antriebsmaschine in Form einer Verbrennungskraftmaschine über ein Getriebe mit einem Achsgetriebe einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges verbunden ist. Das Getriebe weist dabei zwei Antriebswellen und eine Abtriebswelle auf und umfasst zwei Planetenradsätze sowie eine Elektromaschine. Des Weiteren sind vier Schaltelemente vorgesehen, über welche unterschiedliche Kraftflüsse von einer oder auch beiden Antriebswellen zur Abtriebswelle unter Darstellung unterschiedlicher Gänge verwirklicht werden können.
  • 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 hat der Anspruch 15 ein Verfahren zum Betreiben eines Getriebes zum Gegenstand.
  • Gemäß der Erfindung umfasst ein Getriebe eine Elektromaschine, eine erste Antriebswelle, eine zweite Antriebswelle, eine Abtriebswelle sowie einen ersten Planetenradsatz und einen zweiten Planetenradsatz. Die Planetenradsätze umfassen dabei mehrere Elemente, wobei jedem der Planetenradsätze dabei bevorzugt jeweils ein erstes Element, jeweils ein zweites Element und jeweils ein drittes Element zugeordnet sind. Zudem sind ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes 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 ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle gebildet werden. Ferner steht ein Rotor der Elektromaschine mit der zweiten Antriebswelle in Verbindung.
  • 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 bevorzugt axial im Bereich eines Endes des Getriebes liegt, an welchem auch eine die Verbindung zur vorgeschalteten Antriebsmaschine herstellende Anschlussstelle der ersten 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 prinzipiell aber auch an einem entgegengesetzt zu einer Anschlussstelle der ersten 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 ersten 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 bevorzugt axial auf die Anschlussstelle der ersten Antriebswelle folgend in der Reihenfolge erster Planetenradsatz und zweiter Planetenradsatz angeordnet.
  • Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass das erste Element des zweiten Planetenradsatzes festgesetzt ist, wohingegen die zweite Antriebswelle drehfest mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist. Des Weiteren kann die erste Antriebswelle über das erste Schaltelement drehfest mit der Abtriebswelle in Verbindung gebracht sowie mittels des zweiten Schaltelements drehfest mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden werden.
  • Mit anderen Worten ist bei dem erfindungsgemäßen Getriebe also das erste Element des zweiten Planetenradsatzes ständig festgesetzt und wird damit auch permanent an einer Drehbewegung gehindert. Ferner ist die zweite Antriebswelle ständig drehfest mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden.
  • Durch Schließen des ersten Schaltelements wird die erste Antriebswelle drehfest mit der Abtriebswelle verbunden, während ein Betätigen des zweiten Schaltelements eine drehfeste Verbindung der ersten Antriebswelle mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes nach sich zieht.
  • Das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement liegen dabei als Kupplungen vor, die bei Betätigung jeweils die jeweils hieran unmittelbar anknüpfenden Komponenten des Getriebes gegebenenfalls in ihren Drehbewegungen angleichen und anschließend drehfest miteinander verbinden.
  • Bevorzugt sind das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes vorgesehen, wobei das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement hierbei weiter bevorzugt axial zwischen der Anschlussstelle der ersten Antriebswelle und der Anschlussstelle der Abtriebswelle liegen. Insbesondere ist hierbei das erste Schaltelement axial zwischen der Anschlussstelle der Abtriebswelle und dem zweiten Schaltelement vorgesehen.
  • 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“ des Rotors der Elektromaschine mit der zweiten Antriebswelle des Getriebes ist im Sinne der Erfindung eine derartige Verbindung zu verstehen, dass zwischen dem Rotor der Elektromaschine und der zweiten Antriebswelle 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 ersten Planetenradsatzes drehfest mit der zweiten Antriebswelle verbunden, während das dritte Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit der Abtriebswelle in Verbindung steht. Zudem verbindet das vierte Schaltelement bei Betätigung zwei der Elemente des ersten Planetenradsatzes drehfest miteinander, wohingegen das zweite Element des ersten Planetenradsatzes mittels des dritten Schaltelements drehfest mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden werden kann.
  • Mit anderen Worten steht also bei der vorgenannten Ausführungsform das erste Element des ersten Planetenradsatzes permanent drehfest mit der zweiten Antriebswelle in Verbindung, wohingegen das dritte Element des ersten Planetenradsatzes und die Abtriebswelle ständig drehfest miteinander verbunden sind. Ein Schließen des vierten Schaltelements bewirkt die drehfeste Verbindung von zwei Elementen des ersten Planetenradsatzes, was ein Verblocken des ersten Planetenradsatzes nach sich zieht. Konkret kann das vierte Schaltelement hierbei 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 dritten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbinden. Das dritte Schaltelement verbindet bei Betätigung das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander.
  • Bei möglicher drehfester Verbindung des ersten Elements und des zweiten Elements des ersten Planetenradsatzes oder des zweiten Elements und des dritten Elements des ersten Planetenradsatzes sind das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement insbesondere axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes angeordnet. Besonders bevorzugt sind das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement dabei axial zwischen einer Anschlussstelle der Abtriebswelle und dem ersten Planetenradsatz angeordnet. Verbindet das vierte Schaltelement hingegen bei Betätigung das erste Element und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes drehfest miteinander, so liegt das vierte Schaltelement insbesondere axial zwischen dem ersten Planetenradsatz und dem zweiten Planetenradsatz, während das dritte Schaltelement axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes platziert ist und hierbei weiter bevorzugt axial benachbart zum ersten Planetenradsatz vorgesehen ist.
  • Gemäß einer alternativen Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung sind das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbunden, während die zweite Antriebswelle und die Abtriebswelle über das vierte Schaltelement drehfest miteinander in Verbindung gebracht werden können. Zudem besteht bei dem ersten Planetenradsatz eine erste Koppelung des ersten Elements des ersten Planetenradsatzes mit der zweiten Antriebswelle sowie eine zweite Koppelung des dritten Elements des ersten Planetenradsatzes mit der Abtriebswelle, wobei von diesen Koppelungen eine Koppelung als permanent drehfeste Verbindung vorliegt, während bei der noch verbleibenden Koppelung eine drehfeste Verbindung mittels des dritten Schaltelements hergestellt werden kann.
  • Bei dieser Variante der Erfindung sind also das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes ständig drehfest miteinander verbunden. Ein Schließen des vierten Schaltelements hat eine drehfeste Verbindung der zweiten Antriebswelle und der Abtriebswelle zur Folge, wohingegen über das dritte Schaltelement bei dessen Betätigung eine der beiden Koppelungen beim ersten Planetenradsatz als drehfeste Verbindung hergestellt wird. Dabei sind bei dem ersten Planetenradsatz zwei Koppelungen vorhanden, von welchen die erste Koppelung zwischen dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes und der zweiten Antriebswelle besteht, während die zweite Koppelung zwischen dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes und der Abtriebswelle vorhanden ist.
  • Konkret ist hierbei im Rahmen einer ersten Weiterbildung der vorgenannten Ausgestaltungsmöglichkeit das dritte Element des ersten Planetenradsatzes permanent drehfest mit der Abtriebswelle verbunden, während das erste Element des ersten Planetenradsatzes erst durch Schließen des dritten Schaltelements drehfest mit der zweiten Antriebswelle in Verbindung gebracht wird. Bevorzugt sind das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement dabei axial zwischen dem ersten Planetenradsatz und dem zweiten Planetenradsatz platziert, wobei das vierte Schaltelement hierbei weiter bevorzugt axial zwischen dem ersten Planetenradsatz und dem dritten Schaltelement liegt.
  • Alternativ dazu sind das erste Element des ersten Planetenradsatzes und die zweite Antriebswelle ständig drehfest miteinander verbunden, wohingegen das dritte Element des ersten Planetenradsatzes erst durch Schließen des dritten Schaltelements drehfest mit der Abtriebswelle in Verbindung gebracht wird. Hierbei sind das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement insbesondere axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes vorgesehen, wobei hierbei das vierte Schaltelement bevorzugt axial zwischen dem dritten Schaltelement und dem ersten Planetenradsatz platziert ist.
  • Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ergeben sich durch selektives Schließen der vier Schaltelemente drei Gänge zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle. So kann ein erster Gang zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle durch Betätigen des zweiten und des dritten Schaltelements dargestellt werden, während sich ein zweiter Gang zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle in einer ersten Variante durch Schließen des ersten und des zweiten Schaltelements ergibt. Darüber hinaus kann der zweite Gang noch in einer zweiten Variante durch Betätigen des ersten und des dritten Schaltelements, in einer dritten Variante durch Schließen des ersten und des vierten Schaltelements sowie in einer vierten Variante durch Betätigen des ersten Schaltelements geschaltet werden. Denn der zweite Gang ergibt sich bereits durch Schließen des ersten Schaltelements, da dann die erste Antriebswelle und die Abtriebswelle drehfest miteinander verbunden sind. Allerdings hat ein Schalten in die ersten drei Varianten des zweiten Ganges den Vorteil, dass hierdurch Schaltungen in den darüber- oder den darunterliegenden Gang vorbereitet werden können und zudem die Elektromaschine mit eingebunden ist. Schließlich wird noch ein dritter Gang zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle durch Betätigen des zweiten und des vierten Schaltelements geschaltet.
  • 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.
  • Aufgrund der Verbindung der Elektromaschine mit der zweiten Antriebswelle des Getriebes lassen sich außerdem unterschiedliche Betriebsmodi auf einfache Art und Weise verwirklichen:
    • So kann ein erster Gang zwischen der zweiten Antriebswelle und der Abtriebswelle für ein rein elektrisches Fahren genutzt werden, wobei sich dieser erste Gang durch Schließen des dritten Schaltelements ergibt. Dadurch ist der Rotor der Elektromaschine über beide Planetenradsätze mit der Abtriebswelle gekoppelt, wobei eine Übersetzung dieses ersten Ganges kürzer ist als eine Übersetzung des ersten, zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Ganges.
  • Außerdem kann noch ein zweiter Gang zwischen der zweiten Antriebswelle und der Abtriebswelle für ein rein elektrisches Fahren realisiert werden. Dabei ist zum Schalten dieses zweiten Ganges das vierte Schaltelement zu betätigen, so dass dann die zweite Antriebswelle und damit auch der Rotor der Elektromaschine über den verblockten, ersten Planetenradsatz bzw. direkt drehfest mit der Abtriebswelle in Verbindung steht. Eine Übersetzung dieses zweiten, zwischen der zweiten Antriebswelle und Abtriebswelle wirksamen Ganges entspricht dabei einer Übersetzung des zweiten, zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Ganges.
  • Ausgehend von einem rein elektrischen Fahren im ersten, zwischen der zweiten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Gang kann dann die vorgeschaltete Antriebsmaschine in den ersten, zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Gang oder in die zweite Variante des zweiten, zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Ganges jeweils zugestartet werden, da an diesen jeweils das dritte Schaltelement beteiligt ist.
  • Ebenso kann auch aus dem zweiten, zwischen der zweiten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Gang ein Zustarten der vorgeschalteten Antriebsmaschine in die dritte Variante des zweiten, zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Ganges sowie in den dritten, zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Gang erfolgen.
  • Als weiterer Betriebsmodus kann zudem ein Ladebetrieb eines elektrischen Energiespeichers verwirklicht werden, indem lediglich das zweite Schaltelement geschlossen und damit eine Koppelung der ersten Antriebswelle mit der zweiten Antriebswelle und damit auch der Elektromaschine über den zweiten Planetenradsatz hergestellt wird. Dabei läuft die zweite Antriebswelle schneller als die erste Antriebswelle. 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 ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Gang und der zweiten Variante des zweiten, zwischen der ersten Antriebswelle und Abtriebswelle wirksamen Ganges kann die Zugkraft bei geschlossenem, dritten 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 direkt oder indirekt mit der ersten 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.
  • Vor einem weiteren Hochschalten in den dritten, zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Gang muss dann zunächst zwischen der zweiten Variante und der dritten Variante des zweiten Ganges umgeschaltet werden. Im Anschluss daran kann dann ein Gangwechsel unter Last zwischen der dritten Variante des zweiten, zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Ganges und dem dritten, zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Ganges bei geschlossenem vierten Schaltelement stattfinden, wobei die Zugkraft dabei über die Elektromaschine gestützt und eine Synchronisation des zu schließenden Schaltelements durch Drehzahlregelung der vorgeschalteten Antriebsmaschine realisiert wird.
  • Das erfindungsgemäße Getriebe kann zudem so betrieben werden, dass beim Fahren eine Drehzahlabsenkung der Elektromaschine erreicht wird. So kann zunächst hybridisch in der zweiten Variante des zweiten Ganges gefahren werden, indem entweder nach einer über die Elektromaschine drehmomentgestützten Schaltung vom ersten in den zweiten Gang oder nach einem Zustarten der Antriebsmaschine in den zweiten Gang das dritte Schaltelement zunächst geschlossen bleibt. Um nun aber eine Drehzahl der Elektromaschine im zweiten Gang bei höheren Fahrgeschwindigkeiten abzusenken, kann von der zweiten Variante des zweiten Ganges in die dritte Variante des zweiten Ganges umgeschaltet werden, da hier der Rotor der Elektromaschine eine geringere Drehzahl aufweist als in der zweiten Variante des zweiten Ganges. Diese Umschaltung erfolgt dabei mit Erhaltung der Zugkraft über die vorgeschaltete Antriebsmaschine bei geschlossenem, ersten Schaltelement. Zunächst wird dabei das lastfreie, dritte Schaltelement ausgelegt und im Folgenden das lastfreie, vierte Schaltelement eingelegt, wobei die Drehzahlanpassung dabei durch Drehzahlregelung der Elektromaschine erfolgt.
  • Dabei ist zur Abkoppelung der vorgeschalteten Antriebsmaschine kein separates Schaltelement erforderlich, da die vorgeschaltete Antriebsmaschine in der dritten Variante des zweiten, zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Ganges durch Öffnen des ersten Schaltelements abgekoppelt werden kann. Hierdurch wird dann der zweite Gang realisiert, welcher zwischen der zweiten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksam ist. Darüber hinaus kann bei langsamer werdendem Fahrzeug eine Rückschaltung vom zweiten, zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Gang in den ersten, zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Gang vorbereitet werden, indem zunächst von der dritten Variante in die zweite Variante des zweiten Ganges gewechselt und dabei die Zugkraft bei geschlossenem ersten Schaltelement über die vorgeschaltete Antriebsmaschine erhalten wird. In der zweiten Variante des zweiten Ganges ist dann wiederum das dritte Schaltelement geschlossen, welches benötigt wird, um im Zuge der Rückschaltung vom zweiten in den ersten Gang die Zugkraft über die Elektromaschine zu stützen.
  • Es ist eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, dass eine weitere Elektromaschine vorgesehen ist, deren Rotor an der ersten Antriebswelle angebunden ist. Eine derartige Ausgestaltung hat dabei den Vorteil, dass hierdurch weitere Fahrzustände verwirklicht werden können. Zudem kann hierdurch ggf. unmittelbar ein Starten der vorgeschalteten Antriebsmaschine realisiert werden, wenn diese als Verbrennungskraftmaschine ausgestaltet ist. Darüber hinaus kann die zusätzliche Elektromaschine die vorgeschaltete Antriebsmaschine bei der Synchronisation von Schaltelementen unterstützen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die erste Antriebswelle über ein fünftes Schaltelement drehfest mit einer Anschlusswelle verbunden werden, die innerhalb eines Kraftfahrzeugantriebsstranges dann wiederum bevorzugt mit der dem Getriebe vorgeschaltete Antriebsmaschine gekoppelt ist. Das fünfte Schaltelement kann dabei prinzipiell als kraftschlüssiges oder auch als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt sein, liegt aber besonders bevorzugt als Klauenkupplung vor. Über das fünfte Schaltelement kann die vorgeschaltete Antriebsmaschine dementsprechend auch vollständig vom Getriebe abgekoppelt werden, so dass ein rein elektrischer Betrieb problemlos realisierbar ist.
  • 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 ein Schaltelement oder könnten mehrere Schaltelemente als kraftschlüssige Schaltelemente, beispielsweise als Lamellenschaltelemente, gestaltet sein.
  • 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 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. Gemäß einer ersten Variante der Erfindung liegen der erste und der zweite Planetenradsatz als Minus-Planetensätze vor, während bei einer alternativen, zweiten Variante der erste Planetenradsatz als Plus-Planetensatz und der zweite Planetenradsatz als Minus-Planetensatz gestaltet ist. Schließlich ist es eine denkbare, dritte Variante der Erfindung, dass der erste Planetenradsatz als Minus-Planetensatz ausgeführt ist, wohingegen es sich bei dem zweiten Planetenradsatz um einen Plus-Planetensatz handelt.
  • Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement zu einem Schaltelementpaar zusammengefasst, welchem ein Betätigungselement zugeordnet ist. Dabei kann über das Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus einerseits das erste Schaltelement und andererseits das zweite Schaltelement betätigt werden. Dies hat den Vorteil, dass durch dieses Zusammenfassen die Anzahl an Betätigungselementen reduziert und damit auch der Herstellungsaufwand gemindert werden kann. Allerdings kann in diesem Fall dann nicht die erste Variante des zweiten, zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Ganges realisiert werden, da hierfür ein gleichzeitiges Betätigen des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements notwendig ist.
  • Alternativ oder auch ergänzend zu der vorgenannten Variante sind das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement zu einem Schaltelementpaar zusammengefasst, welchem ein Betätigungselement zugeordnet ist. Über dieses Betätigungselement kann dabei aus einer Neutralstellung heraus einerseits das dritte Schaltelement und andererseits das vierte Schaltelement betätigt werden. Hierdurch kann der Herstellungsaufwand reduziert werden, indem durch das Zusammenfassen der beiden Schaltelemente zu einem Schaltelementpaar eine Betätigungseinrichtung für beide Schaltelemente verwendet werden kann.
  • Besonders bevorzugt sind aber beide vorgenannten Schaltelementpaare realisiert, so dass die vier Schaltelemente des Getriebes über zwei Betätigungselemente betätigt werden können. Hierdurch lässt sich ein besonders niedriger Herstellungsaufwand verwirklichen.
  • Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist der Rotor der Elektromaschine drehfest mit der zweiten Antriebswelle verbunden. Alternativ dazu ist es eine Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, dass der Rotor über mindestens eine Übersetzungsstufe mit der zweiten Antriebswelle in Verbindung steht. Die Elektromaschine kann 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 zweiten Antriebswelle 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. Bei einer koaxialen Anordnung der Elektromaschine können die beiden Planetenradsätze dann zudem weiter bevorzugt axial im Bereich der Elektromaschine sowie radial innenliegend zu dieser angeordnet sein, so dass sich die axiale Baulänge des Getriebes verkürzen lässt.
  • 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.
  • Ist zudem eine weitere Elektromaschine vorgesehen, so kann auch ein Rotor dieser weiteren Elektromaschine entweder unmittelbar drehfest mit der ersten Antriebswelle verbunden oder aber über zumindest eine Übersetzungsstufe mit der ersten Antriebswelle gekoppelt sein. Bei der zumindest einen Übersetzungsstufe kann es sich dabei um eine Stirnrad-oder Planetenstufe oder auch einen Zugmitteltrieb handeln. Zudem kann die weitere Elektromaschine dabei koaxial oder auch achsversetzt zu der ersten Antriebswelle und damit auch den Planetenradsätzen vorgesehen sein.
  • 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 insbesondere als Brennkraftmaschine gestalteten Antriebsmaschine und der ersten 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 erste 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 10 jeweils eine schematische Ansicht je eines Getriebes, wie es bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 1 zur Anwendung kommen kann;
    • 11 ein beispielhaftes Schaltschema der Getriebe aus den 2 bis 10;
    • 12 eine schematische Ansicht eines Getriebes, wie es ebenfalls bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 1 zur Anwendung kommen kann;
    • 13 eine tabellarische Darstellung unterschiedlicher Zustände des Kraftfahrzeugantriebsstranges aus 1 mit einem Getriebe nach 12;
    • 14 eine schematische Darstellung eines Teils eines alternativen Kraftfahrzeugantriebsstranges;
    • 15 eine tabellarische Darstellung unterschiedlicher Zustände des Kraftfahrzeugantriebsstranges aus 14;
    • 16 bis 21 jeweils eine schematische Darstellung je einer Abwandlungsmöglichkeit der Getriebe aus den 2 bis 10 und 12.
  • 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 EM1 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 Planetensteg und das jeweilige dritte Element E31 bzw. E32 des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 als 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-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 vier Schaltelemente in Form eines ersten Schaltelements A, eines zweiten Schaltelements B, eines dritten Schaltelements C und eines vierten Schaltelements D. Dabei sind die Schaltelemente A, B, C und D jeweils als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt und liegen bevorzugt als Klauenschaltelemente vor. Vorliegend sind alle Schaltelemente A bis D als Kupplungen ausgebildet.
  • Eine erste Antriebswelle GW1 des Getriebes G kann über das erste Schaltelement A drehfest mit einer Abtriebswelle GWA des Getriebes G verbunden werden, welche ständig drehfest mit dem dritten Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 in Verbindung steht. Außerdem kann die erste Antriebswelle GW1 durch Schließen des zweiten Schaltelements B drehfest mit dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden werden, welches ferner über das dritte Schaltelement C drehfest mit dem zweiten Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 in Verbindung gebracht werden kann. Das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist ständig an einem drehfesten Bauelement GG festgesetzt, bei welchem es sich bevorzugt um das Getriebegehäuse des Getriebes G handelt. Insofern wird das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 permanent an einer Drehbewegung gehindert.
  • Wie zudem in 2 zu erkennen ist, verbindet eine zweite Antriebswelle GW2 das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 und das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest miteinander und steht zudem ständig drehfest mit einem Rotor R1 der Elektromaschine EM1 in Verbindung. Ein Stator S1 der Elektromaschine EM1 ist dabei ständig am drehfesten Bauelement GG festgesetzt. Die zweite Antriebswelle GW2 kann außerdem durch Schließen des vierten Schaltelements D drehfest mit dem zweiten Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 verbunden werden, was dann auch eine drehfeste Verbindung des ersten Elements E11 und des zweiten Elements E21 des ersten Planetenradsatzes P1 zur Folge hat und damit ein Verblocken des ersten Planetenradsatzes P1 nach sich zieht.
  • Sowohl die erste 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 ersten Antriebswelle GW1 ist dabei an einem axialen Ende des Getriebes G ausgestaltet, wobei die Anschlussstelle GWA-A der Abtriebswelle GWA im Bereich desselben axialen Endes liegt und hierbei quer zur Anschlussstelle GW1-A der ersten Antriebswelle GW1 ausgerichtet ist. Zudem sind die erste Antriebswelle GW1, die zweite Antriebswelle GW2 und die Abtriebswelle GWA koaxial zueinander liegend angeordnet.
  • Die Planetenradsätze P1 und P2 liegen ebenfalls koaxial zu den Antriebswellen GW1 und GW2 und der Abtriebswelle GWA, wobei sie auf die Anschlussstelle GW1 -A der ersten Antriebswelle GW1 axial folgend in der Reihenfolge erster Planetenradsatz P1 und zweiter Planetenradsatz P2 angeordnet sind. Ebenso ist auch die Elektromaschine EM1 koaxial zu den Planetenradsätzen P1 und P2 und damit auch den Antriebswellen GW1 und GW2 sowie der Abtriebswelle GWA platziert, wobei die Elektromaschine EM1 dabei axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 vorgesehen ist.
  • Wie zudem aus 2 hervorgeht, sind die Schaltelemente A bis D axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz P2 abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes P1 vorgesehen und liegen damit der Anschlussstelle GW1-A zugewandt. Konkret ist dabei das vierte Schaltelement D axial benachbart zum ersten Planetenradsatz P1 vorgesehen, wobei hierauf axial zunächst das dritte Schaltelement C, dann die Anschlussstelle GWA-A der Abtriebswelle GWA, das erste Schaltelement A und schließlich das zweite Schaltelement B folgen.
  • Das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement B sind axial unmittelbar nebeneinander sowie radial auf derselben Höhe platziert und weisen ein gemeinsames Betätigungselement auf, über welches aus einer Neutralstellung heraus einerseits das erste Schaltelement A und andererseits das zweite Schaltelement B betätigt werden kann. Insofern sind das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement B zu einem Schaltelementpaar SP1 zusammengefasst.
  • Ebenso sind das dritte Schaltelement C und das vierte Schaltelement D axial unmittelbar nebeneinanderliegend sowie radial im Wesentlichen auf derselben Höhe angeordnet und zu einem Schaltelementpaar SP2 zusammengefasst, indem dem dritten Schaltelement C und dem vierten Schaltelement D ein gemeinsames Betätigungselement zugeordnet ist, über welches aus einer Neutralstellung heraus zum einen das dritte Schaltelement C und zum anderen das vierte Schaltelement D betätigt werden kann.
  • Ferner geht aus 3 eine schematische Ansicht eines Getriebes G entsprechend einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung hervor, welche ebenfalls bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang in 1 zur Anwendung kommen kann. Dabei entspricht diese Ausgestaltungsmöglichkeit weitestgehend der vorhergehenden Variante nach 2, mit dem Unterschied, dass ein viertes Schaltelement D nun bei Betätigung das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest mit der Abtriebswelle GWA und damit auch dem dritten Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 verbindet, was wiederum ein Verblocken des ersten Planetenradsatzes P1 zur Folge hat. Erneut ist das vierte Schaltelement D dabei mit dem dritten Schaltelement C zu einem Schaltelementpaar SP2 zusammengefasst, wobei die Schaltelemente C und D gegenüber der Variante nach 2 allerdings axial die Positionen getauscht haben, indem nun das dritte Schaltelement C axial zwischen dem vierten Schaltelement D und dem ersten Planetenradsatz P1 liegt. Ansonsten entspricht die Ausgestaltungsmöglichkeit nach 3 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Getriebes G gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, wie sie ebenfalls bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 1 Anwendung finden kann. Auch diese Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der Variante nach 2, wobei im Unterschied dazu nun ein viertes Schaltelement D bei Betätigung das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest mit der Abtriebswelle GWA und damit auch dem dritten Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 verbindet. Dies hat dann wiederum ein Verblocken des ersten Planetenradsatzes P1 zur Folge. Außerdem sind das dritte Schaltelement C und das vierte Schaltelement D nun nicht mehr zu einem Schaltelementpaar zusammengefasst, sondern liegen als Einzelschaltelemente vor. Während das dritte Schaltelement C axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und der Anschlussstelle GWA-A der Abtriebswelle GWA vorgesehen ist, ist das vierte Schaltelement D axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 platziert. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform nach 4 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • Aus 5 geht eine schematische Ansicht eines Getriebes G entsprechend einer vierten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung hervor, wie sie ebenfalls bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 1 zur Anwendung kommen kann. Diese Ausgestaltungsmöglichkeit entspricht dabei weitestgehend der Variante nach 2, mit dem Unterschied, dass bei dem ersten Planetenradsatz P1 nun das zweite Element E21 durch das Hohlrad und das dritte Element E31 durch den Planetensteg gebildet ist. Insofern liegt in diesem Fall der erste Planetenradsatz P1 als Plus-Planetensatz vor. Ansonsten entspricht die Ausgestaltungsmöglichkeit nach 5 der Ausführungsform nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Getriebes G gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung, wobei auch diese Ausführungsform bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 1 Anwendung finden kann. Zudem entspricht diese Ausführungsform wiederum im Wesentlichen der Variante nach 2, wobei im Unterschied dazu nun bei dem zweiten Planetenradsatz P2 das zweite Element E22 durch das Hohlrad und das dritte Element E32 durch den Planetensteg gebildet ist. Insofern liegt hier nun der zweite Planetenradsatz P2 als Plus-Planetensatz vor. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform nach 6 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • Des Weiteren geht aus 7 eine schematische Darstellung eines Getriebes G entsprechend einer sechsten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung hervor, die ebenfalls bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 1 zur Anwendung kommen kann. Auch diese Ausgestaltungsmöglichkeit entspricht wieder im Wesentlichen der Variante nach 2, wobei im Unterschied dazu nun aber das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement B nicht zu einem Schaltelementpaar zusammengefasst sind, sondern als Einzelschaltelemente vorliegen, so dass sie unabhängig voneinander über je ein zugeordnetes Betätigungselement jeweils in einen geschlossenen Zustand überführt werden können. Im Übrigen entspricht die Ausgestaltungsmöglichkeit nach 7 sonst der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • Ferner zeigt 8 eine schematische Ansicht eines Getriebes G gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung. Dabei kann diese Ausführungsform bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 1 Anwendung finden und entspricht weitestgehend der Variante nach 2. Unterschiedlich ist nun, dass das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 nun nicht mehr ständig drehfest mit der zweiten Antriebswelle GW2 verbunden ist, sondern erst durch Schließen eines dritten Schaltelements C drehfest mit der zweiten Antriebswelle GW2 in Verbindung gebracht wird. Des Weiteren verbindet ein viertes Schaltelement D bei Betätigung die Abtriebswelle GWA direkt drehfest mit der zweiten Antriebswelle GW2. Außerdem sind das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 und das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 nun ständig drehfest miteinander verbunden. Das dritte Schaltelement C und das vierte Schaltelement D sind dabei wiederum zu einem Schaltelementpaar SP2 zusammengefasst, wobei die Schaltelemente C und D dabei axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 angeordnet sind und hierbei das vierte Schaltelement D axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem dritten Schaltelement C liegt. Ansonsten entspricht die Ausführungsform nach 8 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • Aus 9 geht eine schematische Darstellung eines Getriebes G entsprechend einer achten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung hervor, die ebenfalls bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 1 zur Anwendung kommen kann. Diese Ausgestaltungsmöglichkeit entspricht im Wesentlichen der Variante nach 2, mit dem Unterschied, dass das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 nun nicht mehr permanent drehfest mit der Abtriebswelle GWA verbunden ist, sondern eine drehfeste Verbindung zwischen dem dritten Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 und der Abtriebswelle GWA erst durch Schließen eines dritten Schaltelements C hergestellt wird. Des Weiteren verbindet ein viertes Schaltelement D bei Betätigung die Abtriebswelle GWA direkt drehfest mit der zweiten Antriebswelle GW2, während das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 nun permanent drehfest mit dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden ist. Das dritte Schaltelement C und das vierte Schaltelement D sind erneut zu einem Schaltelementpaar SP2 zusammengefasst und liegen gemeinsam axial zwischen der Anschlussstelle GWA-A der Abtriebswelle GWA und dem ersten Planetenradsatz P1. Ansonsten entspricht die Ausführungsform nach 9 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • 10 zeigt eine schematische Ansicht eines Getriebes G entsprechend einer neunten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung. Diese Ausgestaltungsmöglichkeit kann dabei ebenfalls bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang in 1 zur Anwendung kommen und entspricht weitestgehend der Variante nach 2. Unterschiedlich ist nun, dass zusätzlich eine weitere Elektromaschine EM2 vorgesehen ist, deren Rotor R2 drehfest mit der ersten Antriebswelle GW1 verbunden ist. Die weitere Elektromaschine EM2 ist dabei ebenfalls koaxial liegend zu den beiden Planetenradsätzen P1 und P2 platziert, wobei ein Stator S2 der weiteren Elektromaschine EM2 am drehfesten Bauelement GG festgesetzt ist. Dabei liegt die weitere Elektromaschine EM2 axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz P2 abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes P1 und hierbei konkret axial zwischen der Anschlussstelle GW1-A der ersten Antriebswelle GW1 und dem zweiten Schaltelement B. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform nach 10 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • In 11 ist ein beispielhaftes Schaltschema für die Getriebe G aus den 2 bis 10 tabellarisch dargestellt. Wie zu erkennen ist, können hierbei zwischen der ersten Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GWA jeweils insgesamt drei Gänge 1 bis 3 realisiert werden, wobei in den Spalten des Schaltschemas mit einem X jeweils gekennzeichnet ist, welches der Schaltelemente A bis D in welchem der Gänge 1 bis 3 jeweils geschlossen ist.
  • Wie in 11 zu erkennen ist, wird ein erster Gang 1 zwischen der ersten Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GWA durch Betätigen des zweiten Schaltelements B und des dritten Schaltelements C geschaltet. Des Weiteren ergibt sich ein zweiter Gang zwischen der ersten Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GWA in einer ersten Variante 2.1 durch Betätigen des ersten Schaltelements A und des zweiten Schaltelements B, wobei der zweite Gang zudem noch in einer zweiten Variante 2.2 durch Schließen des ersten Schaltelements A und des dritten Schaltelements C, in einer dritten Variante 2.3 durch Betätigen des ersten Schaltelements A und des vierten Schaltelements D sowie in einer vierten Variante 2.4 durch Schließen des ersten Schaltelements A dargestellt werden kann. Während bei den Varianten 2.1 bis 2.3 jeweils die Elektromaschine EM1 mit eingebunden ist, so dass hybridisch unter gleichzeitigem Einsatz der Verbrennungskraftmaschine VKM und der Elektromaschine EM1 gefahren werden kann, ist die Elektromaschine EM1 im Falle der vierten Variante 2.4 abgekoppelt. Letzteres hat dabei den Vorteil, dass die Elektromaschine EM1 im Betrieb nicht mitlaufen muss. Die Variante 2.1 des zweiten Ganges kann allerdings nur bei dem Getriebe G aus 7 dargestellt werden, da hier ein gleichzeitiges Betätigen des ersten Schaltelements A und des zweiten Schaltelements B möglich ist. Schließlich ergibt sich noch ein dritter Gang 3 zwischen der ersten Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GWA durch Betätigen des zweiten Schaltelements B und des vierten Schaltelements D.
  • Obwohl die Schaltelemente A bis D jeweils als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sind, kann ein Schalten zwischen dem ersten Gang 1 und der zweiten Variante 2.2 des zweiten Ganges sowie zwischen der dritten Variante 2.3 des zweiten Ganges und dem dritten Gang 3 jeweils unter Last realisiert werden. Grund dafür ist, dass das dritte Schaltelement C sowohl an dem ersten Gang 1 als auch an der zweiten Variante 2.2 des zweiten Ganges beteiligt ist, so dass im Zuge der Schaltungen der Abtrieb über die Elektromaschine EM1 gestützt werden kann, die im geschlossenen Zustand des dritten Schaltelements C über beide Planetenradsätze P1 und P2 mit der Abtriebswelle GWA gekoppelt ist.
  • Ebenso kann der Abtrieb auch über die Elektromaschine EM1 gestützt werden, wenn eine Schaltung zwischen der dritten Variante 2.3 des zweiten Ganges und dem dritten Gang 3 vollzogen wird, da an beiden Gängen jeweils das vierte Schaltelement D beteiligt ist. Da die zweite Antriebswelle GW2 im geschlossenen Zustand des vierten Schaltelements D über den verblockten, ersten Planetenradsatz P1 bzw. direkt drehfest mit der Abtriebswelle GWA gekoppelt ist, kann die Elektromaschine EM1 den Abtrieb entsprechend stützen. 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 10 können zudem noch in anderweitigen Betriebsmodi unter Zuhilfenahme der Elektromaschine EM1 betrieben werden: so kann ein rein elektrisches Fahren in einem ersten Gang E01 stattfinden, welcher zwischen der zweiten Antriebswelle GW2 und der Abtriebswelle GWA wirksam ist und zu dessen Darstellung das dritte Schaltelement C in einen geschlossenen Zustand zu überführen ist. Dadurch wird bei geschlossenem, dritten Schaltelement C die Elektromaschine EM1 über beide Planetenradsätze P1 und P2 mit der Abtriebswelle GWA gekoppelt, wobei die Übersetzung des ersten Ganges E01 hierbei kürzer ist als die Übersetzung des ersten, zwischen der ersten Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GWA wirksamen Ganges 1.
  • Außerdem kann zwischen der zweiten Antriebswelle GW2 und der Abtriebswelle GWA noch ein zweiter Gang E2 realisiert werden, zu dessen Darstellung das vierte Schaltelement D zu schließen ist. Dadurch wird die Abtriebswelle GWA dann über den verblockten, ersten Planetenradsatz P1 bzw. direkt drehfest mit der zweiten Antriebswelle GW2 und damit auch dem Rotor R1 der Elektromaschine EM1 gekoppelt. Eine Übersetzung dieses zweiten Ganges E2 entspricht dabei einer Übersetzung des zweiten, zwischen der ersten Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GWA wirksamen Ganges.
  • In vorteilhafter Weise kann ausgehend vom ersten Gang E01 ein Zustarten der Verbrennungskraftmaschine VKM in den Gang 1 oder in die zweite Variante 2.2 des zweiten Ganges vorgenommen werden, da auch in jedem dieser Gänge jeweils das dritte Schaltelement C geschlossen ist. Das gleiche ist dabei aus dem zweiten Gang E2 heraus in die Gänge 2.3 und 3 möglich, da auch an diesen jeweils das vierte Schaltelement D beteiligt 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 B eine Lade- oder Startfunktion realisiert werden. Denn im geschlossenen Zustand des zweiten Schaltelements B ist die zweite Antriebswelle GW2 über den zweiten Planetenradsatz P2 mit der ersten Antriebswelle GW1 gekoppelt und damit auch mit der Verbrennungskraftmaschine VKM. Gleichzeitig besteht dabei aber kein Kraftschluss zur Abtriebswelle GWA, wobei die zweite Antriebswelle GW2 hierbei schneller dreht als die erste Antriebswelle GW1. Im generatorischen Betrieb der Elektromaschine EM1 kann dabei ein elektrischer Energiespeicher über die Verbrennungskraftmaschine VKM geladen werden, während im elektromotorischen Betrieb der Elektromaschine EM1 ein Starten der Verbrennungskraftmaschine VKM über die Elektromaschine EM1 realisierbar ist.
  • Zudem kann noch eine Drehzahlabsenkung der Elektromaschine EM1 im mechanischen bzw. hybriden Betrieb gestaltet werden: nach einer über die Elektromaschine EM1 drehmomentgestützten Schaltung vom ersten Gang 1 in den zweiten Gang oder nach einem Zustart der Verbrennungskraftmaschine VKM in den zweiten Gang ergibt sich ein hybridisches Fahren in der zweiten Variante 2.2 des zweiten Ganges. Um die Drehzahl der Elektromaschine EM im zweiten Gang bei höheren Fahrgeschwindigkeiten abzusenken, kann von der zweiten Variante 2.2 des zweiten Ganges in die dritte Variante 2.3 umgeschaltet werden, in welcher der Rotor R1 eine geringere Drehzahl aufweist. Diese Umschaltung erfolgt dabei mit Erhaltung der Zugkraft über die Verbrennungskraftmaschine VKM bei geschlossenem, ersten Schaltelement A. Dazu wird das dann lastfreie, dritte Schaltelement C ausgelegt und das ebenfalls lastfreie, vierte Schaltelement D eingelegt, wobei die Drehzahlanpassung jeweils durch Drehzahlregelung der Elektromaschine EM erfolgt.
  • Die Umschaltung in die dritte Variante 2.3 hat zudem den Vorteil, dass die Verbrennungskraftmaschine VKM durch Öffnen des ersten Schaltelements A auch ohne Vorhandensein einer zusätzlichen Trennkupplung jederzeit abgekoppelt werden kann, während die Elektromaschine EM1 das Fahrzeug antreibt oder bremst. Des Weiteren kann bei langsamer werdendem Fahrzeug eine Rückschaltung vom zweiten Gang in den ersten Gang 1 vorbereitet werden, indem zunächst von der dritten Variante 2.3 in die zweite Variante 2.2 gewechselt wird, während die Verbrennungskraftmaschine VKM die Zugkraft bei geschlossenem ersten Schaltelement A erhält. In der zweiten Variante 2.2 des zweiten Ganges ist dann wiederum das dritte Schaltelement C geschlossen, welches benötigt wird, um bei der Rückschaltung vom zweiten Gang in den ersten Gang 1 die Zugkraft über die Elektromaschine EM1 zu stützen.
  • Bei dem Getriebe G aus 10 kann darüber hinaus über die weitere Elektromaschine EM2 noch die Verbrennungskraftmaschine VKM bei einer Synchronisation der Schaltelemente A und B unterstützt werden. Zudem kann die weitere Elektromaschine EM2 auch für ein Starten der Verbrennungskraftmaschine VKM oder für ein direktes Laden genutzt werden. Schließlich kann ein serieller und damit batterieunabhängiger Fahrbetrieb sowie ein Hybridbetrieb mit erweiterter Reichweite verwirklicht werden.
  • Ferner geht aus 12 eine schematische Darstellung eines Getriebes G entsprechend einer sechsten Ausführungsform der Erfindung hervor, wie sie ebenfalls bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang in 1 Anwendung finden kann. Diese Ausführungsform entspricht dabei im Wesentlichen der Variante nach 10, wobei im Unterschied dazu nun die erste Antriebswelle GW1 an der Anschlussstelle GW1-A über ein fünftes Schaltelement K0 drehfest mit einer Anschlusswelle AN verbunden werden kann, die dann mit der vorgeschalteten Verbrennungskraftmaschine VKM im Kraftfahrzeugantriebsstrang in Verbindung steht. Das fünfte Schaltelement K0 ist dabei als formschlüssiges Schaltelement gestaltet und liegt besonders bevorzugt als Klauenschaltelement vor. Im Übrigen entspricht die Variante nach 12 sonst der Ausgestaltungsmöglichkeit nach 10, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • In 13 sind unterschiedliche Zustände I bis XI des Kraftfahrzeugantriebsstranges aus 1 bei Verwendung des Getriebes G aus 12 tabellarisch dargestellt, wobei diese unterschiedlichen Zustände I bis XI durch unterschiedliche Einbindungen der beiden Elektromaschinen EM1 und EM2 sowie der Verbrennungskraftmaschine VKM verwirklicht werden. Insgesamt können dabei elf unterschiedliche Zustände I bis XI dargestellt werden. In den darauffolgenden Spalten ist dann angegeben, welcher der Gänge hinsichtlich der Elektromaschine EM1, hinsichtlich der weiteren Elektromaschine EM2 sowie auch hinsichtlich der Verbrennungskraftmaschine VKM im Getriebe G geschaltet werden, wobei 0 bedeutet, dass keine Verbindung der jeweiligen Elektromaschine EM1 bzw. EM2 bzw. der Verbrennungskraftmaschine VKM zur Abtriebswelle GWA hergestellt ist.
  • Bei einem ersten Zustand I wird rein elektrisch über die Elektromaschine EM1 gefahren, indem im Getriebe G der erste Gang E01 auf die bereits zu 11 beschriebene Art und Weise geschaltet ist. Auch im Zustand II wird alleine über die Elektromaschine EM1 gefahren, wobei hierzu im Getriebe G der zweite Gang E2 geschaltet ist, welcher sich durch alleiniges Betätigen des vierten Schaltelements D ergibt. Dagegen findet bei Zustand III ein Betrieb über die weitere Elektromaschine EM2 statt, indem im Getriebe G die vierte Variante 2.4 des zweiten Ganges auf die zu 11 beschriebene Weise geschaltet wird. Bei den Zuständen I bis III kann dabei besonders effektiv gefahren werden, da bei niedriger Lastanforderung nur mit einer der beiden Elektromaschinen EM1 oder EM2 gefahren wird.
  • Ab dem Zustand IV bis Zustand VII wird dann sowohl über die Elektromaschine EM1, als auch die weitere Elektromaschine EM2 gefahren, indem beide Elektromaschinen EM1 und EM2 durch Schaltung der entsprechenden Gänge im Getriebe G gemeinsam eingebunden sind. So werden bei Zustand IV der erste Gang E01 und der erste Gang 1, bei Zustand V der erste Gang E01 und die zweite Variante 2.2 des zweiten Ganges, bei Zustand VI der zweite Gang E2 und die dritte Variante 2.3 des zweiten Ganges sowie bei Zustand VII der zweite Gang E2 und der dritte Gang 3 geschaltet. Bei den Zuständen VIII bis XI wird dann hybridisch unter Verwendung beider Elektromaschinen EM 1 und EM2 sowie der Verbrennungskraftmaschine VKM gefahren, indem Letztere durch Schließen des fünften Schaltelements K0 zugeschaltet ist. Ein Synchronisieren des fünften Schaltelements K0 wird dabei insbesondere über die weitere Elektromaschine EM2 realisiert. Hinsichtlich der Schaltung der Gänge entsprechen die Zustände VIII bis XI den Zuständen IV bis VII, mit dem Unterschied, dass nun eben jeweils noch das fünfte Schaltelement K0 zu schließen ist. Die Darstellung der einzelnen Gänge ist dabei in den Spalten für die einzelnen Schaltelement A, B, C und D dargestellt und konkret zu 11 beschrieben.
  • 14 zeigt einen Teil einer alternativen Ausgestaltungsmöglichkeit eines Kraftfahrzeugantriebsstranges, in welchem dem Getriebe G als Antriebsmaschine eine weitere Elektromaschine EM2 vorgeschaltet ist. Das Getriebe G ist dabei entsprechend der Ausführungsform nach 2 gestaltet. An der Abtriebswelle GWA des Getriebes G steht das Getriebe G dann wiederum mit dem nachfolgenden Achsgetriebe in Verbindung, wie dies schon in 1 gezeigt war. Ein diesen Antriebsstrang aufweisendes Kraftfahrzeug ist in diesem Fall also als Elektrofahrzeug gestaltet, welches rein elektronisch über eine oder die beiden Elektromaschine EM1 und EM2 fährt.
  • In 15 sind unterschiedliche Zustände I bis VII des Kraftfahrzeugantriebsstranges aus 14 gezeigt, wobei diese Zustände den Zuständen I bis VII aus 13 und dem hierzu Beschriebenen entsprechen. Im Endeffekt wird also durch Zusammenspiel der beiden Elektromaschine EM1 und EM2 rein elektrisch gefahren.
  • Schließlich zeigen noch die 16 bis 21 Abwandlungsmöglichkeiten der Getriebe G aus den 2 bis 10 und 12. Diese Abwandlungsmöglichkeiten betreffen dabei anderweitige Einbindungsmöglichkeiten der Elektromaschine EM1. So ist in 16 die Elektromaschine EM1 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 jeweiligen Radsatzes RS drehfest an der zweiten Antriebswelle GW2 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 EM1 die Anbindung an den - vorliegend nicht weiter dargestellten - Rotor der Elektromaschine EM1 herstellt.
  • Auch bei der Abwandlungsmöglichkeit nach 17 ist die Elektromaschine EM1 achsversetzt zu dem jeweiligen Radsatz RS des jeweiligen Getriebes G platziert. Im Unterschied zu der vorhergehenden Variante nach 16 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 jeweiligen Radsatzes RS ist der Zugmitteltrieb ZT dann an der zweiten Antriebswelle GW2 angebunden. Über den Zugmitteltrieb ZT wird dabei dann eine Koppelung zu einer Eingangswelle EW der Elektromaschine EM1 hergestellt, die wiederum innerhalb der Elektromaschine EM1 eine Anbindung an den Rotor der Elektromaschine vornimmt.
  • Im Falle der Abwandlungsmöglichkeit nach 18 ist eine Einbindung der achsversetzt zu dem jeweiligen Radsatz RS platzierten Elektromaschine EM1 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 EM1 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 aus den 2 bis 10 und 12 drehfest an der zweiten Antriebswelle GW2 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 EM1 vorgesehen ist. In diesem Fall ist die Elektromaschine EM1 also seitens des Radsatzes RS über zwei Übersetzungsstufen angebunden.
  • Auch bei der Abwandlungsmöglichkeit aus 19 ist eine Einbindung der Elektromaschine EM1 seitens des Radsatzes RS über eine Planetenstufe PS und eine Stirnradstufe SRS vorgenommen. Dabei entspricht die Abwandlungsmöglichkeit weitestgehend der Variante nach 18, 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 19 sonst der Variante nach 18, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • Des Weiteren zeigt 20 eine weitere Abwandlungsmöglichkeit der Getriebe G aus den 2 bis 10 und 12, wobei auch hier eine Einbindung der Elektromaschine EM1 über eine Stirnradstufe SRS und eine Planetenstufe PS vorgenommen. Im Unterschied zu der vorhergehenden Variante nach 19 folgt auf den Radsatz RS hierbei aber zunächst die Stirnradstufe SRS, während die Planetenstufe PS im Kraftfluss zwischen Stirnradstufe SRS und Elektromaschine EM1 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 20 zu erkennen ist, ist ein erstes Stirnrad SR1 der Stirnradstufe SRS seitens des Radsatzes RS der Getriebe G aus den 2 bis 10 und 12 drehfest angebunden, wobei diese Anbindung dabei an der zweiten Antriebswelle GW2 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 EM1 vorgesehen ist.
  • Schließlich zeigt noch 21 eine weitere Abwandlungsmöglichkeit der Getriebe G aus den 2 bis 10 und 12, wobei diese Abwandlungsmöglichkeit im Wesentlichen der vorhergehenden Variante nach 20 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 EM1 verbunden ist. Im Übrigen entspricht die Abwandlungsmöglichkeit nach 21 sonst der Variante nach 20, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • Die in den 16 bis 21 gezeigten Abwandlungsmöglichkeiten können in analoger Weise aber auch hinsichtlich einer weiteren Elektromaschine EM2 realisiert werden, sofern diese vorgesehen ist. Des Weiteren kann die in 5 gezeigte Ausführung des ersten Planetenradsatzes P1 als Plus-Planetensatz sowie auch die in 6 gezeigte Variante des zweiten Planetenradsatzes P2 als Plus-Planetensatz auch bei allen anderen Varianten entsprechend verwirklicht werden.
  • 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
    K0
    Fünftes Schaltelement
    SP1
    Schaltelementpaar
    SP2
    Schaltelementpaar
    1
    Erster Gang
    2.1
    Zweiter Gang
    2.2
    Zweiter Gang
    2.3
    Zweiter Gang
    2.4
    Zweiter Gang
    3
    Dritter Gang
    E01
    erster Gang
    E2
    zweiter Gang
    GW1
    Erste Antriebswelle
    GW1-A
    Anschlussstelle
    GW2
    Zweite Antriebswelle
    GWA
    Abtriebswelle
    GWA-A
    Anschlussstelle
    AN
    Anschlusswelle
    EM1
    Elektromaschine
    S1
    Stator
    R1
    Rotor
    EM2
    Elektromaschine
    S2
    Stator
    R2
    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
    I bis XI
    Zustände
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102011005531 A1 [0003]

Claims (15)

  1. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Elektromaschine (EM1), eine erste Antriebswelle (GW1), eine zweite Antriebswelle (GW2), eine Abtriebswelle (GWA), sowie einen ersten Planetenradsatz (P1) und einen zweiten Planetenradsatz (P2), wobei die Planetenradsätze (P1, P2) jeweils mehrere Elemente (E11, E21, E31, E12, E22, E32) umfassen, wobei ein erstes (A), ein zweites (B), ein drittes (C) und ein viertes Schaltelement (D) vorgesehen sind, und wobei ein Rotor (R1) der Elektromaschine (EM1) mit der zweiten Antriebswelle (GW2) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, - dass das erste Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) festgesetzt ist, - dass die zweite Antriebswelle (GW2) drehfest mit dem dritten Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbunden ist, - und dass die erste Antriebswelle (GW1) über das erste Schaltelement (A) drehfest mit der Abtriebswelle (GWA) in Verbindung bringbar sowie mittels des zweiten Schaltelements (B) drehfest mit dem zweiten Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbindbar ist.
  2. Getriebe (G) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest mit der zweiten Antriebswelle (GW2) verbunden ist, während das dritte Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest mit der Abtriebswelle (GWA) in Verbindung steht, dass das vierte Schaltelement (D) bei Betätigung zwei der Elemente (E11, E21, E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest miteinander verbindet, und dass das zweite Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) mittels des dritten Schaltelements (C) drehfest mit dem zweiten Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbindbar ist.
  3. Getriebe (G) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) und das zweite Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest miteinander verbunden sind, während die zweite Antriebswelle (GW2) und die Abtriebswelle (GWA) über das vierte Schaltelement (D) drehfest miteinander in Verbindung bringbar sind, und dass bei dem ersten Planetenradsatz (P1) eine erste Koppelung des ersten Elements (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit der zweiten Antriebswelle (GW2) sowie eine zweite Koppelung des dritten Elements (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit der Abtriebswelle (GWA) besteht, wobei von diesen Koppelungen eine Koppelung als permanent drehfeste Verbindung vorliegt, während bei der noch verbleibenden Koppelung eine drehfeste Verbindung mittels des dritten Schaltelements (C) herstellbar ist.
  4. Getriebe (G) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich durch selektives Schließen der vier Schaltelemente (A, B, C, D) - ein erster Gang (1) zwischen der ersten Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GWA) durch Betätigen des zweiten (B) und des dritten Schaltelements (C), - ein zweiter Gang zwischen der ersten Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GWA) in einer ersten Variante (2.1) durch Betätigen des ersten (A) und des zweiten Schaltelements (B), in einer zweiten Variante (2.2) durch Schließen des ersten (A) und des dritten Schaltelements (C), in einer dritten Variante (2.3) durch Betätigen des ersten (A) und des vierten Schaltelements (D) sowie in einer vierten Variante (2.4) durch Schließen des ersten Schaltelements (A), - sowie ein dritter Gang (3) zwischen der ersten Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GWA) durch Betätigen des zweiten (B) und des vierten Schaltelements (D) ergibt.
  5. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - sich ein erster Gang (E01) zwischen der zweiten Antriebswelle (GW2) und der Abtriebswelle (GWA) durch Schließen des dritten Schaltelements (C), - sowie ein zweiter Gang (E2) zwischen der zweiten Antriebswelle (GW2) und der Abtriebswelle (GWA) durch Betätigen des vierten Schaltelements (D) ergibt.
  6. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Antriebwelle (GW1) ein Rotor (R2) einer weiteren Elektromaschine (EM2) angebunden ist.
  7. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebswelle (GW1) über ein fünftes Schaltelement (K0) drehfest mit einer Anschlusswelle (AN) verbindbar ist.
  8. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere der Schaltelemente (A, B, C, D; A, B, C, D, K0) jeweils als formschlüssiges Schaltelement realisiert sind.
  9. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Planetenradsatz (P1, P2) als Minus-Planetensatz vorliegt, wobei es sich bei dem jeweiligen ersten Element (E11, E12) des jeweiligen Planetenradsatzes (P1, P2) um ein jeweiliges Sonnenrad, bei dem jeweiligen zweiten Element (E21, E22) des jeweiligen Planetenradsatzes (P1, P2) um einen jeweiligen Planetensteg und bei dem jeweiligen dritten Element (E31, E32) des jeweiligen Planetenradsatzes (P1, P2) um ein jeweiliges Hohlrad handelt.
  10. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Planetenradsatz (P1; P2) als Plus-Planetensatz vorliegt, wobei es sich bei dem jeweiligen ersten Element (E11; E12) des jeweiligen Planetenradsatzes (P1; P2) um ein jeweiliges Sonnenrad, bei dem jeweiligen zweiten Element (E21; E22) des jeweiligen Planetenradsatzes (P1; P2) um ein jeweiliges Hohlrad und bei dem jeweiligen dritten Element (E31; E32) des jeweiligen Planetenradsatzes (P1; P2) um einen jeweiligen Planetensteg handelt.
  11. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (A) und das zweite Schaltelement (B) zu einem Schaltelementpaar (SP1) zusammengefasst sind, welchem ein Betätigungselement zugeordnet ist, wobei über das Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus einerseits das erste Schaltelement (A) und andererseits das zweite Schaltelement (B) betätigbar ist.
  12. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Schaltelement (C) und das vierte Schaltelement (D) zu einem Schaltelementpaar (SP2) zusammengefasst sind, welchem ein Betätigungselement zugeordnet ist, wobei über das Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus einerseits das dritte Schaltelement (C) und andererseits das vierte Schaltelement (D) betätigbar ist.
  13. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (R1) der Elektromaschine (EM1) drehfest mit der zweiten Antriebswelle (GW2) verbunden oder über mindestens eine Übersetzungsstufe mit der zweiten Antriebswelle (GW2) in Verbindung steht.
  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 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Darstellung eines Ladebetriebes oder eines Startbetriebes lediglich das zweite Schaltelement (B) geschlossen wird.
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