DE102019208479A1 - Getriebe für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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English (en)
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Stefan Beck
Matthias Horn
Thomas Kroh
Thomas Martin
Johannes Kaltenbach
Michael Wechs
Fabian Kutter
Max Bachmann
Peter Ziemer
Martin Brehmer
Juri Pawlakowitsch
Oliver BAYER
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    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K2006/4833—Step up or reduction gearing driving generator, e.g. to operate generator in most efficient speed range
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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 1 der DE10 2012 212 257 A1 geht ein Getriebe für ein Hybridfahrzeug hervor, welches neben einer ersten Antriebswelle und einer Abtriebswelle drei Planetenradsätze sowie eine Elektromaschine umfasst. Des Weiteren sind bei der Variante vier Schaltelemente vorgesehen, über welche unterschiedliche Kraftflüsse von der ersten Antriebswelle zur Abtriebswelle unter Darstellung unterschiedlicher Gänge verwirklicht und zudem unterschiedliche Einbindungen der Elektromaschine gestaltet werden können. Hierbei kann auch ein rein elektrisches Fahren durch alleinigen Antrieb über die Elektromaschine dargestellt werden. Im kürzeren der zwei elektrischen Gänge ist ein Zustart der Verbrennungskraftmaschine lediglich mit Zugkraftunterbrechung möglich, da die Getriebeeingangswelle im ersten elektrischen Gang festgebremst wird.
  • 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 10. Des Weiteren hat der Anspruch 11 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, durch deren selektive Betätigung unterschiedliche Kraftflussführungen unter Schaltung unterschiedlicher Gänge dargestellt werden können. Besonders bevorzugt können dabei vom Übersetzungsverhältnis zumindest 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. Im Sinne der Erfindung kann hierbei aber auch in axialer Richtung eine anderweitige Anordnung der Planetenradsätze getroffen sein, sofern die Anbindung der Elemente der Planetenradsätze dies ermöglicht.
  • Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass
    ein erstes Element des ersten Planetenradsatzes mittels des ersten Schaltelements an einem drehfesten Bauelement festsetzbar ist;
    die erste Antriebswelle mittels des zweiten Schaltelements drehfest mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes verbindbar ist;
    der erste Planetenradsatz durch drehfestes Verbinden zwei seiner drei Elemente mittels des vierten Schaltelements verblockbar ist;
    das zweite Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit der Abtriebswelle verbunden ist;
    der zweite Planetenradsatz drei Koppelungen aufweist, wobei das dritte Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist, ein weiteres der drei Elemente des zweiten Planetenradsatzes an dem drehfesten Bauelement festgesetzt ist und das verbliebene der drei Elemente des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit der zweiten Antriebswelle verbunden;
    das dritte Schaltelement ausgebildet ist, die erste Antriebswelle drehfest mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes zu verbinden.
  • Ist ein Planetenradsatz verblockt so ist die Übersetzung unabhängig von der Zähnezahl stets Eins. Anders ausgedrückt läuft der Planetenradsatz als Block um.
  • Die Verblockung kann derart erfolgen, dass das vierte Schaltelement
    • - das erste mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes verbindet,
    • - das erste mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes verbindet, oder
    • - das zweite mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes verbindet.
  • Das erste, zweite, dritte und vierte Schaltelement liegen bevorzugt 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.
  • 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 drehfest 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 ergeben sich durch selektives Schließen der vier Schaltelemente drei, vom Übersetzungsverhältnis her unterschiedliche Gänge zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle.
  • So kann ein erster Gang zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle durch Betätigen des ersten und des dritten Schaltelements dargestellt werden. Dabei wird auch jeweils ein Fahren bei gleichzeitiger Einbindung der vorgeschalteten Antriebsmaschine sowie der Elektromaschine realisiert.
  • Ein zweiter Gang zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle kann durch Betätigen des dritten und vierten Schaltelements. Dabei wird auch jeweils ein Fahren bei gleichzeitiger Einbindung der vorgeschalteten Antriebsmaschine sowie der Elektromaschine realisiert.
  • Ein dritter Gang zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle kann in einer ersten Variante durch Betätigen des zweiten und des vierten Schaltelements dargestellt werden.
  • Ein dritter Gang zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle kann in einer zweiten Variante durch Betätigen des zweiten und des vierten Schaltelements dargestellt werden. Dabei wird auch jeweils ein Fahren bei gleichzeitiger Einbindung der vorgeschalteten Antriebsmaschine sowie der Elektromaschine realisiert.
  • Beim ersten Gang und der ersten Variante des dritten Ganges liegt ein hybridischer Fahrmodus oder Fahrbetrieb vor. Die zweite Variante des dritten Ganges ist ein rein verbrennungsmotorischer Gang, bei welchem die Elektromaschine abgekoppelt ist.
  • 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 ersten Schaltelements ergibt. Ist das erste Schaltelement betätigt, so sind die zweite Antriebswelle und die Abtriebswelle über die zwei Planetenradsätze miteinander gekoppelt, so dass ein Fahren über die vorgeschaltete Elektromaschine stattfinden kann. Das Drehmoment der Antriebswelle wird hierbei über das festgesetzte dritte Element des zweiten Planetenradsatzes als auch über das festgesetzte erste Element des ersten Planetenradsatzes abgestützt.
  • 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. Ist das vierte Schaltelement betätigt, so sind die zweite Antriebswelle und die Abtriebswelle über die zwei Planetenradsätze miteinander gekoppelt, so dass ein Fahren über die vorgeschaltete Elektromaschine stattfinden kann. Im Unterschied zum rein elektrischen ersten Gang ist beim rein elektrischen zweiten Gang der erste Planetenradsatz verblockt.
  • Beim rein elektrischen Fahren kann die Verbrennungskraftmaschine abgekoppelt sein, da das zweite und dritte Schaltelement im unbetätigten also im offenen Zustand verbleiben können.
  • Ausgehend vom rein elektrischen zweiten Gang, bei welchem lediglich das vierte Schaltelement geschlossen ist, kann ein direkter Übergang in die zwei Varianten der dritten Gänge erfolgen. Für die erste Variante ist dann das dritte Schaltelement zu schließen. Für die zweite Variante ist dann das zweite Schaltelement zu schließen.
  • Diese Eigenschaft bewirkt zudem, dass eine Schaltung zwischen der ersten und zweiten Variante zugkraftgestützt ausgeführt werden kann.
  • Zudem kann ein elektrodynamisches Anfahren (EDA) realisiert werden. Elektrodynamisches Anfahren bedeutet, dass über einen oder mehrere Planetenradsätze eine Drehzahlüberlagerung von Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, Drehzahl der Elektromaschine und der Drehzahl der Abtriebswelle stattfindet, sodass ein Anfahren aus dem Stillstand bei laufendem Verbrennungsmotor möglich ist. Dabei stützt die Elektromaschine ein Drehmoment ab.
  • Der EDA-Modus wird durch alleiniges Betätigen des zweiten Schaltelements bewirkt. In diesem Modus überträgt die erste Antriebswelle ihr Drehmoment auf das erste Element des ersten Planetenradsatzes während die Elektromaschine mittels des zweiten Planetenradsatzes mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes gekoppelt ist. Der erste Planetenradsatz wirkt quasi als ein Überlagerungsgetriebe.
  • So ist Anfahren vorwärts über das zweite Element, das mit der Abtriebswelle verbunden ist, möglich. So kann auch bei leerem Energiespeicher angefahren und gefahren werden.
  • Ausgehend vom EDA-Modus ist ein direkter Übergang in die zweite Variante des dritten Ganges möglich. Hierzu muss lediglich das vierte Schaltelement betätigt werden.
  • Des Weiteren kann durch Schließen des dritten Schaltelements C eine Lade- oder Startfunktion realisiert werden. Denn im geschlossenen Zustand des dritten Schaltelements ist die zweite Antriebswelle direkt drehfest mit der ersten Antriebswelle gekoppelt und damit auch mit der Verbrennungskraftmaschine, wobei gleichzeitig kein Kraftschluss zur Abtriebswelle GWA besteht (das erste Element des ersten Planetenradsatzes kann lastlos frei drehen).
  • Im generatorischen Betrieb der Elektromaschine kann dabei ein elektrischer Energiespeicher über die Verbrennungskraftmaschine geladen werden, während im elektromotorischen Betrieb der Elektromaschine ein Starten der Verbrennungskraftmaschine über die Elektromaschine realisierbar ist. Ausgehend von diesem Betrieb kann ein direkter Übergang in den ersten Gang oder in die erste Variante des dritten Ganges erfolgen, indem das erste Schaltelement bzw. das vierte Schaltelement betätigt wird.
  • In einem bevorzugten Hauptfahrbetrieb ist das Getriebe insbesondere für rein elektrisches Fahren bei abgekoppelter Verbrennungskraftmaschine vorgesehen. Die Verbrennungskraftmaschine eignet sich in diesem Fall insbesondere als eine Art Reichweitenverlängerung (Range-Extender). Wenn eine zusätzliche Elektromaschine an der anderen Achse des Fahrzeugs angeordnet und mit dem Getriebe kombiniert ist, ist auch ein serieller Betrieb möglich. Eine solche zusätzliche Elektromaschine kann die Zugkraft während der Übergänge der Gänge stützen, sodass ein hoher Komfort für den Fahrer besteht. Das Getriebe kann also bspw. als ein Front-Quer-Getriebe mit einer elektrischen Hinterachse kombiniert werden.
  • 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. Eine Synchronisierung der Schaltelemente kann bevorzugt durch Drehzahlregelung an Elektromaschine erfolgen. Eine Synchronisierung kann auch durch Drehzahlregelung der Verbrennungskraftmaschine erfolgen. 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 liegen bevorzugt als Minus-Planetenradsätze vor, 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.
  • Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind das erste Schaltelement und das vierte 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 vierte Schaltelement betätigt werden. Dies hat den Vorteil, dass durch dieses Zusammenfassen die Anzahl an Betätigungselementen reduziert und damit auch der Herstellungsaufwand gemindert werden kann.
  • Alternativ oder auch ergänzend zu der vorgenannten Variante sind das zweite Schaltelement und das dritte Schaltelement zu einem Schaltelementpaar zusammengefasst, welchem ein Betätigungselement zugeordnet ist. Über dieses Betätigungselement kann dabei aus einer Neutralstellung heraus einerseits das zweite Schaltelement und andererseits das dritte 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.
  • 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.
  • 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 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 eine schematische Ansicht eines Getriebes, wie es bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 1 zur Anwendung kommen kann;
    • 3 eine schematische Ansicht eines Getriebes, wie es bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 1 zur Anwendung kommen kann;
    • 4 ein beispielhaftes Schaltschema des Getriebes aus 2 und 3;
    • 5 eine schematische Ansicht eines Getriebes, wie es ebenfalls bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 1 zur Anwendung kommen kann;
    • 6 eine schematische Ansicht eines Getriebes, wie es ebenfalls bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 1 zur Anwendung kommen kann;
    • 7 eine schematische Ansicht eines Getriebes, wie es ebenfalls bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 1 zur Anwendung kommen kann; und
    • 8 ein beispielhaftes Schaltschema des Getriebes aus 5 bis 7.
  • 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 integriert sein kann. Die Verbrennungskraftmaschine VKM, der Torsionsschwingungsdämpfer TS, das Getriebe G und auch das Differentialgetriebe sind 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-Planetenradsatz 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, zweiten und dritten Planetenradsatz P1 und P2 jeweils mehrere Planetenräder vorgesehen.
  • Wie in 2 zu erkennen ist, umfasst das Getriebe G eine erste Antriebswelle GW1, eine zweite Antriebswelle GW2 sowie eine Abtriebswelle GWA, wobei die zweite Antriebswelle GW2 mit einem Rotor R einer Elektromaschine EM drehfest verbunden ist. Das Getriebe G umfasst ferner 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. Die vier Schaltelemente A, B, C und D liegen als Kupplungen vor.
  • Das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mittels des ersten Schaltelements A an einem drehfesten Bauelement GG festsetzbar, bei welchem es sich um das Getriebegehäuse des Getriebes G oder einen Teil dieses Getriebegehäuses handelt.
  • Das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mittels des zweiten Schaltelements B drehfest mit der ersten Antriebswelle GW1 verbindbar. Das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mittels des vierten Schaltelements D drehfest mit dem zweiten Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 verbindbar. Sind das erste und zweite Element E11, E21 miteinander verbunden, so ist der erste Planetenradsatz P1 verblockt. Das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit der Abtriebswelle GWA drehfest verbunden und bildet somit den Abtrieb des Getriebes G.
  • Der Abtrieb ist bspw. mit einem Achsdifferential gekoppelt. Um die Drehzahl der Abtriebswelle 2 zu verändern kann insbesondere eine zweistufige Übersetzungsstufe vorgesehen sein, die die Abtriebswelle GWA mit dem Achsdifferential koppelt. Das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest verbunden.
  • Das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist drehfest mit der zweiten Antriebswelle GW2 verbunden. Das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 kann mittels des dritten Schaltelements C drehfest mit der ersten Antriebswelle GW1 verbunden werden. Ist das dritte Schaltelement C betätigt, so sind die zwei Antriebswellen GW1, GW2 miteinander in Verbindung. Das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist an dem drehfesten Bauelement GG festgesetzt.
  • Die zweite Antriebswelle GW2 steht permanent mit Rotor R1 der Elektromaschine EM1 in Verbindung, deren Stator S1 ständig am drehfesten Bauelement GG festgesetzt ist.
  • 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 Planetenradsatzes P2 angeordnet sind. Ebenso ist auch die Elektromaschine EM koaxial zu den Planetenradsätzen P1, P2 und damit auch den Antriebswellen GW1 und GW2 sowie der Abtriebswelle GWA platziert, wobei die zwei Planetenradsätze P1, P2 zumindest teilweise radial innerhalb des Rotors R angeordnet sind.
  • Wie zudem aus 2 hervorgeht, sind das zweite Schaltelement B und das dritte Schaltelement C axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 angeordnet. Das erste Schaltelement A und das vierte Schaltelement D liegen axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz P2 abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes P1.
  • Die Schaltelemente A und D sowie B und C liegen dabei axial unmittelbar nebeneinander und sind jeweils zu einem Schaltelementpaar SP1 bzw. SP2 zusammengefasst.
  • In 3 ist eine Variante zur Ausführung gem. 2 gezeigt. Im Unterschied zur 2 ist nunmehr das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 am Gehäuse GG festgesetzt während hingegen das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 mit der zweiten Antriebswelle drehfest verbunden ist. Durch den Tausch der Anbindungen von Sonnenrad und Hohlrad ist das dritte Schaltelement nunmehr axial auf einer dem ersten Planetenradsatz P1 abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes P2 angeordnet. Im Übrigen entspricht die Variante nach 4 sonst der Ausgestaltungsmöglichkeit nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • In 4 ist ein beispielhaftes Schaltschema für die Getriebe G aus 2 und 3 tabellarisch dargestellt. Wie zu erkennen ist, können hierbei zwischen der ersten Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GWA jeweils insgesamt drei vom Übersetzungsverhältnis her unterschiedliche 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 betätigt also geschlossen ist.
  • Wie in 4 zu erkennen ist, kann ein erster Gang V1 zwischen der ersten Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GWA durch Betätigen des ersten Schaltelements A und des dritten Schaltelements C geschaltet werden. Ein zweiter Gang V2 kann durch Betätigen der Schaltelemente C und D dargestellt werden. Ein dritter Gang V3 kann durch Betätigen der Schaltelemente B und D dargestellt werden.
  • Der erste Gang kann rein elektrisch (E1) durch Betätigen des ersten Schalteleelements A geschaltet werden. Der zweite Gang kann rein elektrisch (E2) durch Betätigen des vierten Schalteleelements D geschaltet werden.
  • Die Gänge V1 und V2 sind hybridisch. Die Gänge E1, E2 sind rein elektromotorisch. Gang V3 ist rein verbrennungsmotorisch. Der Gangsprung zwischen V1 und V2 entspricht dem Gangsprung zwischen E1 und E2.
  • Weiterhin ist elektrodynamisches Anfahren (EDA) möglich, wenn das zweite Schaltelement B betätigt ist.
  • Ist lediglich das dritte Schaltelement C betätigt, so ist Laden in Neutralstellung (LiN) möglich. In diesem Zustand sind die erste Antriebswelle GW1 und die zweite Antriebswelle GW2 miteinander verbunden und vom Abtrieb entkoppelt.
  • 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.
  • Aus 5 geht eine schematische Darstellung eines Getriebes G entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung hervor, wie sie ebenfalls bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang in 1 Anwendung finden kann.
  • Wie zu erkennen ist, setzt sich das Getriebe G aus einem Radsatz RS und einer Elektromaschine EM zusammen, die gemeinsam in dem Gehäuse des Getriebes G angeordnet sind. Der Radsatz RS umfasst zwei Planetenradsätze P1 und P2, wobei jeder der Planetenradsätze P1 und P2 je ein erstes Element E11 bzw. E12, je ein zweites Element E21 bzw. E22 und je ein drittes Element E31 bzw. E32 aufweist. Das jeweilige erste Element E11 bzw. E12 ist dabei jeweils durch je ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 gebildet, während das jeweilige zweite Element E21 bzw. E22 des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 als 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-Planetenradsatz 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, zweiten und dritten Planetenradsatz P1 und P2 jeweils mehrere Planetenräder vorgesehen.
  • Wie in 5 zu erkennen ist, umfasst das Getriebe G eine erste Antriebswelle GW1, eine zweite Antriebswelle GW2 sowie eine Abtriebswelle GWA, wobei die zweite Antriebswelle GW2 mit einem Rotor R einer Elektromaschine EM drehfest verbunden ist. Das Getriebe G umfasst ferner 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. Die vier Schaltelemente A, B, C' und D liegen als Kupplungen vor.
  • Das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mittels des ersten Schaltelements A an einem drehfesten Bauelement GG festsetzbar, bei welchem es sich um das Getriebegehäuse des Getriebes G oder einen Teil dieses Getriebegehäuses handelt. Das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 ist zudem mittels des zweiten Schaltelements B drehfest mit der ersten Antriebswelle GW1 verbindbar. Das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 ist zudem mittels des vierten Schaltelements D drehfest mit dem zweiten Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 verbindbar. Sind das erste und zweite Element E11, E21 miteinander verbunden, so ist der erste Planetenradsatz P1 verblockt.
  • Das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit der Abtriebswelle GWA drehfest verbunden und bildet somit den Abtrieb des Getriebes G. Der Abtrieb ist bspw. mit einem Achsdifferential gekoppelt. Um die Drehzahl der Abtriebswelle 2 zu verändern kann insbesondere eine zweistufige Übersetzungsstufe vorgesehen sein, die die Abtriebswelle 2 mit dem Achsdifferential koppelt. Das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest verbunden.
  • Das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist drehfest mit der zweiten Antriebswelle GW2 verbunden. Das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 kann mittels des dritten Schaltelements C' drehfest mit der ersten Antriebswelle GW1 verbunden werden. Das Schaltelement C' ist bevorzugt als eine Klauenkupplung ausgebildet. Ist das dritte Schaltelement C' betätigt, so sind die zwei Antriebswellen nicht direkt miteinander in Verbindung sondern über den zweiten Planetenradsatz. Das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist an dem drehfesten Bauelement GG festgesetzt. Der zweite Planetenradsatz wirkt anders ausgedrückt als eine Art Festübersetzung der Elektromaschine.
  • Die zweite Antriebswelle GW2 steht permanent mit Rotor R1 der Elektromaschine EM1 in Verbindung, deren Stator S1 ständig am drehfesten Bauelement GG festgesetzt ist.
  • 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 Planetenradsatzes P2 angeordnet sind. Ebenso ist auch die Elektromaschine EM koaxial zu den Planetenradsätzen P1, P2 und damit auch den Antriebswellen GW1 und GW2 sowie der Abtriebswelle GWA platziert, wobei die zwei Planetenradsätze P1, P2 zumindest teilweise radial innerhalb des Rotors R angeordnet sind.
  • Wie zudem aus 5 hervorgeht, sind das zweite Schaltelement B und das dritte Schaltelement C axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 angeordnet. Das erste Schaltelement A und das vierte Schaltelement D liegen axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz P2 abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes P1.
  • Die Schaltelemente A und D sowie B und C' liegen dabei axial unmittelbar nebeneinander und sind jeweils zu einem Schaltelementpaar SP1 bzw. SP2 zusammengefasst.
  • Der Unterschied zur Ausführung gem. 2 liegt demnach in der alternativen Anordnung des dritten Schaltelements C bzw. C'. Das führt im Modus LiN (Laden in Neutralstellung) vorteilhafterweise zu einem höheren Drehzahlniveau des mit der zweiten Antriebswelle GW2 verbundenen Rotors R.
  • 6 zeigt eine Variante der Ausführungsform gem. 5. Im Unterschied zur 5 ist nunmehr das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 am Gehäuse GG festgesetzt während hingegen das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 mit der zweiten Antriebswelle drehfest verbunden ist. Anders ausgedrückt unterscheiden sich die Ausführungsformen der 5 und 6 lediglich in der Vorübersetzung der Elektromaschine EM durch den zweiten Planetenradsatz P2. Die Ausführungsform nach 5 weist eine höhere Vorübersetzung als die Ausführungsform nach 6 auf. Im Übrigen entspricht die Variante nach 6 sonst der Ausgestaltungsmöglichkeit nach 5, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • Aus 7 geht eine schematische Darstellung eines Getriebes G entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung hervor, wie sie ebenfalls bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang in 1 Anwendung finden kann.
  • Wie zu erkennen ist, setzt sich das Getriebe G aus einem Radsatz RS, einer Vorübersetzung SRS in Stirnradbauweise und einer Elektromaschine EM zusammen, die gemeinsam in dem Gehäuse des Getriebes G angeordnet sind. Der Radsatz RS umfasst einen Planetenradsatz P1, wobei dieser ein erstes Element E11, ein zweites Element E21 und ein drittes Element E31 aufweist. Das erste Element E11 ist dabei durch ein Sonnenrad gebildet, während das zweite Element E21 Planetensteg und das dritte Element E31 als Hohlrad vorliegt.
  • Im vorliegenden Fall liegt also der erste Planetenradsatz P1 als Minus-Planetenradsatz vor, dessen 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 bei dem Planetenradsatz P1 mehrere Planetenräder vorgesehen.
  • Das Getriebe G umfasst eine erste Antriebswelle GW1, eine zweite Antriebswelle GW2 sowie eine Abtriebswelle GWA. Das Getriebe G umfasst ferner 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. Die vier Schaltelemente A, B, C' und D liegen als Kupplungen vor.
  • Die in 7 gezeigte Elektromaschine EM ist nicht koaxial zu dem jeweiligen Radsatz RS des Getriebes G platziert, sondern achsversetzt angeordnet. Eine Anbindung erfolgt dabei über eine Stirnradstufe SRS, die sich aus einem ersten Stirnrad SR1, einem zweiten Stirnrad SR2 sowie einem dritten Stirnrad SR3 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 drehbar gelagerten Stirnrad SR2 im Zahneingriff. Das zweite Stirnrad SR2 wiederum steht mit dem dritten Stirnrad SR3 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 EM1 herstellt.
  • Das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mittels des ersten Schaltelements A an einem drehfesten Bauelement GG festsetzbar, bei welchem es sich um das Getriebegehäuse des Getriebes G oder einen Teil dieses Getriebegehäuses handelt. Das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mittels des zweiten Schaltelements B zudem drehfest mit der ersten Antriebswelle GW1 verbindbar. Das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mittels des vierten Schaltelements D zudem drehfest mit dem zweiten Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 verbindbar. Sind das erste und zweite Element E11, E21 miteinander verbunden, so ist der erste Planetenradsatz P1 verblockt.
  • Das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit der Abtriebswelle GWA drehfest verbunden und bildet somit den Abtrieb des Getriebes G. Der Abtrieb ist bspw. mit einem Achsdifferential gekoppelt. Um die Drehzahl der Abtriebswelle 2 zu verändern kann insbesondere eine zweistufige Übersetzungsstufe vorgesehen sein, die die Abtriebswelle 2 mit dem Achsdifferential koppelt.
  • Das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 ist, wie bereits erwähnt, mit dem ersten Stirnrad SR1 drehfest verbunden. Beide Elemente E31, SR1 können mittels des dritten Schaltelements C' drehfest mit der ersten Antriebswelle GW1 verbunden werden. Ist das dritte Schaltelement C' betätigt, so sind die zwei Antriebswellen GW1, GW2 direkt miteinander in Verbindung.
  • 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 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 und die Abtriebswelle GWA koaxial zueinander liegend angeordnet.
  • Der Planetenradsatz P1 sowie die Vorübersetzung in Stirnradbauweise SRS liegen koaxial zur Antriebswelle GW1, GW2 und der Abtriebswelle GWA. Die Elektromaschine EM kann anstelle eines oder mehrerer Stirnräder auch über eine Kette oder einen Riemen an den ersten Planetenradsatz P1 angebunden werden.
  • Wie zudem aus 7 hervorgeht, sind das zweite Schaltelement B und das dritte Schaltelement C axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und der Stirnradstufe SRS angeordnet. Das erste Schaltelement A und das vierte Schaltelement D liegen axial auf einer der Stirnradstufe SRS abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes P1. Die Schaltelemente A und D sowie B und C' liegen dabei axial unmittelbar nebeneinander und sind jeweils zu einem Schaltelementpaar SP1 bzw. SP2 zusammengefasst.
  • In 8 ist ein beispielhaftes Schaltschema für die Getriebe G aus 5 bis 7 tabellarisch dargestellt. Wie zu erkennen ist, können hierbei zwischen der ersten Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GWA jeweils insgesamt drei vom Übersetzungsverhältnis her unterschiedliche 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 betätigt also geschlossen ist.
  • Wie in 8 zu erkennen ist, kann ein erster Gang V1' zwischen der ersten Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GWA durch Betätigen des ersten Schaltelements A und des dritten Schaltelements C' geschaltet werden. Ein dritter Gang kann in einer ersten Variante V3.1 durch Betätigen der Schaltelemente C' und D dargestellt werden. Ein dritter Gang kann in einer zweiten Variante V3.2 durch Betätigen der Schaltelemente B und D dargestellt werden.
  • Gang 3 ist nun mit zwei unterschiedlichen Schaltlogiken darstellbar, also in zwei Varianten.
  • Der erste Gang kann rein elektrisch (E1) durch Betätigen des ersten Schalteleelements A geschaltet werden. Der zweite Gang kann rein elektrisch (E2) durch Betätigen des vierten Schalteleelements D geschaltet werden.
  • Die Gänge V1 und V3.1 sind hybridisch. Die Gänge E1, E2 sind rein elektromotorisch. Gang V3.2 ist rein verbrennungsmotorisch.
  • Der erste Gang V1' weist eine geringere Übersetzung als der erste Gang V1 der Ausführungsformen aus 2 und 3 auf. Der Gangsprung zwischen V1 und V3.1 bzw. V3.2 entspricht dem Gangsprung zwischen E1 und E2.
  • Weiterhin ist elektrodynamisches Anfahren (EDA) möglich, wenn das zweite Schaltelement B betätigt ist.
  • Ist lediglich das dritte Schaltelement C' betätigt, so ist Laden in Neutralstellung (LiN) möglich, wobei im Unterschied zur Kupplungsanordnung in 2 und 3 der Rotor R ein höheres Drehzahlniveau aufweist.
  • 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.
  • Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen kann ein Getriebe mit kompaktem Aufbau und mit gutem Wirkungsgrad realisiert werden. Das Getriebe kann mit lediglich zwei Aktuatoren aktuiert werden. Zwei rein elektrische Gänge bedeuten eher geringe Drehmomentanforderung, sodass die Elektromaschine klein dimensioniert werden kann.
  • 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, C'
    Drittes Schaltelement
    D
    Viertes Schaltelement
    SP1
    Schaltelementpaar
    SP2
    Schaltelementpaar
    V1
    Erster Gang
    V2
    Zweiter Gang
    V3
    Dritter Gang
    V3.1
    Dritter Gang, erste Variante
    V3.2
    Dritter Gang, zweite Variante
    E1
    Erster Gang, elektrisch
    E2
    Zweiter Gang, elektrisch
    GW1
    Erste Antriebswelle
    GW1-A
    Anschlussstelle
    GW2
    Zweite Antriebswelle
    GWA
    Abtriebswelle
    GWA-A
    Anschlussstelle
    AN
    Anschlusswelle
    EM
    Elektromaschine
    S
    Stator
    R
    Rotor
    SRS
    Stirnradstufe
    SR1
    Stirnrad
    SR2
    Stirnrad
    SR3
    Stirnrad
    HO
    Hohlrad
    VKM
    Verbrennungskraftmaschine
    DW
    Antriebsräder
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012212257 A1 [0003]

Claims (11)

  1. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Elektromaschine (EM), 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 (R) der Elektromaschine (EM) mit der zweiten Antriebswelle (GW2) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, - dass ein erstes Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) mittels des ersten Schaltelements (A) an einem drehfesten Bauelement (GG) festsetzbar ist, - dass die erste Antriebswelle (GW1) mittels des zweiten Schaltelements (B) drehfest mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes verbindbar ist, und - dass der erste Planetenradsatz (P1) durch drehfestes Verbinden zwei seiner drei Elemente (E11, E21, E31) mittels des vierten Schaltelements (D) verblockbar ist, - dass das zweite Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest mit der Abtriebswelle (GWA) verbunden ist, - dass der zweite Planetenradsatz (P2) drei Koppelungen aufweist, wobei ◯ das dritte Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest mit dem zweiten Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbunden ist, o ein weiteres der drei Elemente des zweiten Planetenradsatzes (P2) an dem drehfesten Bauelement (GG) festgesetzt ist und ◯ das verbliebene der drei Elemente des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest mit der zweiten Antriebswelle (GW2) verbunden, - dass das dritte Schaltelement (C') ausgebildet ist, die erste Antriebswelle (GW1) drehfest mit dem zweiten Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) zu verbinden.
  2. Getriebe (G) nach Anspruch 1, wobei sich durch selektives Schließen der vier Schaltelemente (A, B, C', D) - ein erster Gang (V1) zwischen der ersten Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GWA) durch Betätigen des ersten (A) und des dritten Schaltelements (C'), - ein dritter Gang (V3) zwischen der ersten Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GWA) in einer ersten Variante (V3.1) durch Betätigen des dritten Schaltelements (C') und des vierten Schaltelements (D), - ein dritter Gang (V3) zwischen der ersten Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GWA) in einer zweiten Variante (V3.2) durch Betätigen des zweiten Schaltelements (B) und des vierten Schaltelements (D) ergibt.
  3. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - sich ein erster Gang (E1) zwischen der zweiten Antriebswelle (GW2) und der Abtriebswelle (GWA) durch Betätigen des ersten Schaltelements (A), - sowie ein zweiter Gang (E2) zwischen der zweiten Antriebswelle (GW2) und der Abtriebswelle (GWA) durch Betätigen des vierten Schaltelements (D) ergibt.
  4. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch Betätigen des zweiten Schaltelements (B) ein elektrodynamisches Anfahren (EDA) möglich ist.
  5. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein oder mehrere der Schaltelemente (A, B, C', D) jeweils als formschlüssiges Schaltelement realisiert sind.
  6. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei 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.
  7. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Schaltelement (A) und das vierte Schaltelement (D) zu einem ersten 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 vierte Schaltelement (D) betätigbar ist.
  8. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das dritte Schaltelement (C') und das zweite Schaltelement (B) zu einem zweiten 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 zweite Schaltelement (B) betätigbar ist.
  9. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rotor (R) der Elektromaschine (EM) drehfest mit der zweiten Antriebswelle (GW2) verbunden oder über mindestens eine Übersetzungsstufe mit der zweiten Antriebswelle (GW2) in Verbindung steht.
  10. Kraftfahrzeugantriebsstrang für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug, umfassend ein Getriebe (G) nach einem oder auch mehreren der Ansprüche 1 bis 9.
  11. Verfahren zum Betreiben eines Getriebes (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei zur Darstellung eines Ladebetriebes oder eines Startbetriebes lediglich das dritte Schaltelement (C) geschlossen wird.
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