DE102019216213A1

DE102019216213A1 - Getriebe, Kraftfahrzeugantriebsstrang sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019216213A1
Application number: DE102019216213.4A
Authority: DE
Inventors: Stefan Beck; Matthias Horn; Fabian Kutter; Michael Wechs; Johannes Kaltenbach; Thomas Kroh; Thomas Martin; Martin Brehmer; Peter Ziemer; Oliver BAYER; Max Bachmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-10-22
Filing date: 2019-10-22
Publication date: 2021-04-22

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe (20) für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) mit einer Verbrennungsmaschine (14), einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (16), und/oder einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine (18), mit: einer ersten Getriebeeingangswelle (24) für ein erstes Teilgetriebe; einer zweiten Getriebeeingangswelle (26) für ein zweites Teilgetriebe; einer Vorgelegewelle (28); in mehreren Radsatzebenen angeordneten Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen; und mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen (S1, S2, S3, S4, S5) zum Einlegen der Gangstufen; und einem Abtrieb mit einem Differential (30), wobei das Differential antriebswirksam mit der Vorgelegewelle mittels einer ersten und einer zweiten Anbindung verbindbar ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einem solchen Getriebe sowie ein Kraftfahrzeug (10) mit einem solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe sowie einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einem solchen Getriebe und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kraftfah rzeug-Antriebsstrang.
Lastschaltbare Getriebe sind zumeist als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet. Die im Stand der Technik bekannten Doppelkupplungsgetriebe weisen zwei Getriebeeingangswellen und zwei Triebwellen bzw. Vorgelegewellen auf, wobei zwischen den Getriebeeingangswellen und den Vorgelegewellen mehrere Zahnräder kämmend angeordnet sind. Insbesondere sind hier einige der Zahnräder als Losräder und andere Zahnräder als Festräder ausgebildet, wobei durch zwei kämmende Zahnräder eine jeweilige Zahnradstufe, bspw. die erste, zweite, dritte Gangstufe usw. gebildet ist. Durch diesen Aufbau können ein erstes und zweites Teilgetriebe gebildet werden, wobei ein Teilgetriebe mittels einer dem Teilgetriebe zugeordneten Kupplung Antriebsleistung übertragen kann, während das andere Teilgetriebe vorzugsweise lastfrei ist. Hierdurch kann in dem anderen Teilgetriebe eine Gangstufe eingelegt werden. Durch entsprechendes Ein- und Ausrücken der zwei einzelnen Kupplungen bzw. der Doppelkupplung kann ein Teilgetriebe lastfrei geschaltet werden, während das andere Teilgetriebe mittels der eingelegten Gangstufe Antriebsleistung überträgt. Es kann dabei unter Last geschaltet werden. Ein Zugkraftverlust findet nicht statt. Nachteilig bei derartigen Doppelkupplungsgetrieben ist der hohe Bauraumbedarf.
Es sind auch Doppelkupplungsgetriebe bekannt, bei denen die miteinander kämmenden Zahnräder derart angeordnet sind, sodass zumindest zwei sogenannte „Doppelradebenen“ innerhalb des Doppelkupplungsgetriebes ausgebildet sind. Eine Doppelradebene ist insbesondere durch ein auf einer Getriebeeingangswelle angeordnetes Zahnrad gebildet, das insbesondere mit je einem Zahnrad jeder der beiden Vorgelegewellen, also zugleich mit zwei Zahnrädern, kämmt. Hierdurch kann zwar der Bauraumbedarf verringert werden, dennoch haben derartige Doppelkupplungsgetriebe insbesondere aufgrund der zwei Vorgelegewellen einen erhöhten Bauraumbedarf.
Ein Nachteil der oben genannten Doppelkupplungsgetriebe besteht in einem im Allgemeinen komplexen und bauraumintensiven Aufbau. Hierdurch sind derartige Getriebe meist auch aufwendig in der Produktion. Eine Reduzierung der Komplexität und des Bauraumbedarfs eines Doppelkupplungsgetriebes geht meistens mit einer Einbuße an Funktionalität und Variabilität einher.
Aus der Druckschrift DE 10 2011 105 521 A1 ist ein Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor zur Bereitstellung von verbrennungsmotorischer Antriebsleistung; einem Stufengetriebe mit einem Getriebeeingang und einem Getriebeausgang und einer elektrischen Maschine zur Bereitstellung von elektromotorischer Antriebsleistung bekannt. Der Getriebeeingang ist mit dem Verbrennungsmotor verbindbar und das Stufengetriebe ist dazu ausgebildet, eine Mehrzahl von unterschiedlichen Vorwärtsgangstufen einzurichten. Dabei ist das Stufengetriebe ein Gruppengetriebe mit einer ersten Getriebegruppe und einer nachgeschalteten zweiten Getriebegruppe, wobei die elektrische Maschine mit dem Eingang der zweiten Getriebegruppe verbunden ist. Nachteilig ist hierbei, dass Lastschaltungen mit einem derartigen Getriebe nicht möglich sind. Ferner muss die elektrische Antriebsmaschine und/oder die Verbrennungsmaschine bei Gangstufen der zweiten Getriebegruppe immer mitgeschleppt werden. Das Getriebe ist wenig effizient.
Vor diesem Hintergrund stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, ein kostengünstiges, effizientes und axial kurzes Getriebe zu schaffen, das sich vorzugsweise zur Hybridisierung eignet und lastschaltfähig ausgeführt werden kann. Insbesondere sollen ein Getriebe und ein Kraftfahrzeug-Antriebsstrang geschaffen werden, die sich aufgrund ihrer Eigenschaften hinsichtlich geringen Bauraums, hoher Variabilität und effizienter Herstellbarkeit für einen Serieneinsatz im Automobilbau eignen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Getriebe für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einer Verbrennungsmaschine, einer ersten elektrischen Antriebsmaschine, und/oder einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine, mit:

einer ersten Getriebeeingangswelle für ein erstes Teilgetriebe;
einer zweiten Getriebeeingangswelle für ein zweites Teilgetriebe;
einer Vorgelegewelle;
in mehreren Radsatzebenen angeordneten Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen; und
mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen zum Einlegen der Gangstufen; und
einem Abtrieb mit einem Differential, wobei
das Differential antriebswirksam mit der Vorgelegewelle mittels einer ersten und einer zweiten Anbindung verbindbar ist.

Die obige Aufgabe wird ferner gelöst von einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit:

einem Getriebe wie zuvor beschrieben; und
einer Verbrennungsmaschine und/oder einer ersten elektrischen Antriebsmaschine, die mit der Getriebeantriebswelle verbindbar ist.

Schließlich wird die obige Aufgabe gelöst von einem Kraftfahrzeug mit:

einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang wie oben beschrieben; und
einem Energiespeicher zum Speichern von Energie zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine und/oder der zweiten elektrischen Antriebsmaschine.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang und das Kraftfahrzeug entsprechend der für das Getriebe in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.
Durch ein Verbinden des Differentials mittels einer ersten und einer zweiten Anbindung an die Vorgelegewelle, kann der Abtrieb wenigstens zwei Übersetzungen einrichten. Hierdurch kann das Getriebe kompakt ausgeführt werden. Ferner kann der Abtrieb durch die Übersetzungen zum Einrichten der Gangstufen mitwirken. Das Getriebe kann mit weniger Bauteilen und mit wenig Zahneingriffen aufgebaut werden. Das Gewicht des Getriebes wird verringert und die Effizienz erhöht. Ein derartiges Getriebe eignet sich vorzugsweise zu einem Front- oder Heckquereinbau.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die erste Anbindung ein erstes Anbindungszahnrad und die zweite Anbindung ein zweites Anbindungszahnrad. Das erste Anbindungszahnrad und das zweite Anbindungszahnrad sind in zwei Radsatzebenen angeordnet und weisen vorzugsweise voneinander verschiedene Übersetzungsstufen auf. Hierdurch kann das Differential vorteilhaft an das Getriebe angebunden sein und zum Teil zum Einrichten der Gangstufen des Getriebes verwendet werden. Das Getriebe baut mit weniger Bauteilen und ist daher weniger fehleranfällig und mit weniger Gewicht ausgeführt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das erste Anbindungszahnrad und/oder das zweite Anbindungszahnrad in Eingriff mit einem gangbildenden Zahnrad und dazu ausgebildet, eine Übersetzung für wenigstens eine Gangstufe im Getriebe einzurichten. Hierdurch ist die Anbindung des Differentials an das Getriebe weiter vereinfacht. Insbesondere werden keine weiteren Zahnräder und/oder Übersetzungsstufen benötigt. Durch das Einrichten einer Übersetzung für wenigstens eine Gangstufe kann das Getriebe kompakt und variabel ausgeführt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Getriebe eine Getriebeantriebswelle auf, die mit der ersten und/oder zweiten Getriebeeingangswelle verbindbar ist, wobei das erste Teilgetriebe vorzugsweise die ungeraden und das zweite Teilgetriebe vorzugsweise die geraden Gangstufen umfasst. Das Getriebe weist ferner eine Doppelkupplungsvorrichtung auf mit einem ersten Schaltelement, um die Getriebeantriebswelle lösbar mit der ersten Getriebeeingangswelle antriebswirksam zu verbinden und einem zweiten Schaltelement, um die Getriebeantriebswelle lösbar mit der zweiten Getriebeeingangswelle antriebswirksam zu verbinden. Hierdurch kann technisch einfach ein lastschaltfähiges Getriebe geschaffen werden. Insbesondere kann mittels einer Getriebeantriebswelle jede Antriebsmaschine auf lastschaltfähige Weise mit dem Getriebe verbunden werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Getriebeantriebswelle mit der Verbrennungsmaschine, vorzugsweise mittels einer Verbrennungsmaschinenkupplung mit einem Schaltelement antriebswirksam verbindbar. Ergänzend oder alternativ ist die Getriebeantriebswelle mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine antriebswirksam verbindbar. Hierdurch kann ein elektromotorischer Fahrbetrieb eingerichtet werden, bei dem die Verbrennungsmaschine nicht mitgeschleppt werden muss. Das Getriebe kann effizient und kraftstoffsparend betrieben werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind benachbarte Gangstufen des Getriebes für die Verbrennungsmaschine und/oder die erste elektrische Antriebsmaschine durch wechselseitiges Einlegen der Schaltelemente der Doppelkupplungsvorrichtung schaltbar. Hierdurch kann ein Getriebe geschaffen werden, das sowohl die Gangstufen der Verbrennungsmaschine als auch die Gangstufen der ersten elektrischen Antriebsmaschine unter Last schalten kann. Insbesondere kann ein Antriebsstrang geschaffen werden mit nur einer elektrischen Antriebsmaschine, bei dem alle elektrischen Gangstufen unter Last schaltbar sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste Getriebeeingangswelle und die zweite Getriebeeingangswelle koaxial zueinander angeordnet. Eine der Getriebeeingangswellen ist als Hohlwelle ausgebildet und umgibt zumindest abschnittsweise die andere Getriebeeingangswelle. Hierdurch kann das Hybridgetriebe kompakt ausgeführt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Ergänzend oder alternativ sind wenigstens zwei der Schaltelemente als Doppelschaltelemente ausgebildet, die von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar sind. Durch Doppelschaltelemente kann die Ansteuerung bei Gangwechseln vereinfacht sein. Zudem kann die Anzahl der zur Steuerung des Hybridgetriebes benötigten Aktoren geringgehalten werden. Das Hybridgetriebe hat einen geringen Bauaufwand. Durch formschlüssige Schaltelemente kann das Hybridgetriebe kosteneffizient und weniger fehleranfällig ausgeführt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein an einem ersten axialen Ende des Getriebes angeordnetes Zahnrad dazu ausgebildet, mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine antriebswirksam verbunden zu werden. Ergänzend oder alternativ ist ein an einem zweiten, dem ersten axialen Ende gegenüberliegenden, axialen Ende des Getriebes angeordnetes Zahnrad dazu ausgebildet, mit der zweiten elektrischen Antriebsmaschine antriebswirksam verbunden zu werden. Ein Krafteintrag in das Getriebe kann vorteilhaft abgestützt werden, da ein an einem axialen Ende angeordnetes Zahnrad nur einen geringen Abstand zu einer möglichen Lagerung einer Getriebewelle aufweist. Ferner kann hierdurch ausreichend Bauraum für große elektrische Antriebsmaschinen geschaffen werden, ohne dabei die axiale Baulänge des Getriebes im Wesentlichen zu erhöhen. Ein derartiges Getriebe eignet sich vorzugsweise zu einem Front- oder Heckquereinbau.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das an dem ersten und/oder zweiten axialen Ende des Getriebes angeordnete Zahnrad ein gangbildendes Zahnrad. Hierdurch kann vorzugsweise ohne weitere Übersetzungsstufen ein hohes Übersetzungsverhältnis für die erste und/oder zweite elektrische Antriebsmaschine erreicht werden. Die elektrischen Antriebsmaschinen können in einem sehr effizienten Drehzahlbereich betrieben werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Getriebe eine Verbindungskupplung mit einem Schaltelement auf, um die erste und zweite Getriebeeingangswelle antriebswirksam miteinander zu verbinden. Hierdurch kann technisch einfach die Variabilität des Getriebes erhöht werden. Insbesondere kann für jede an das Getriebe angebundene Antriebsmaschine jede Gangstufe des Getriebes eingelegt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang eine zweite elektrische Antriebsmaschine auf, die mit der ersten oder zweiten Getriebeeingangswelle verbindbar ist. Hierdurch kann ein höchst variables Hybridgetriebe geschaffen werden. Insbesondere kann durch die zweite elektrische Antriebsmaschine ein verbesserter rein elektrischer Fahrmodus eingerichtet werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste und/oder zweite elektrische Antriebsmaschine als Startergenerator zum Starten der Verbrennungsmaschine ansteuerbar. Ergänzend oder alternativ ist die erste und/oder zweite elektrische Antriebsmaschine als Ladegenerator zum Laden eines Energiespeichers ansteuerbar. Weiter ergänzend oder alternativ ist die erste und/oder die zweite elektrische Antriebsmaschine als Generator zum Versorgen der ersten oder zweiten elektrischen Antriebsmaschine bei einem seriellen Fahrmodus ansteuerbar. Hierdurch kann der Antriebsstrang effizient betrieben werden. Beispielsweise ist ein sogenanntes Standladen möglich. Der Kraftstoffverbrauch kann reduziert werden. Ferner kann auf einen zusätzlichen Anlasser für die Verbrennungsmaschine verzichtet werden.
Ein Gangstufenwechsel erfolgt durch Abschalten eines Schaltelementes und gleichzeitiges Aufschalten des Schaltelementes für die nächsthöhere oder -niedrigere Gangstufe. Das zweite Schaltelement übernimmt also Stück für Stück das Drehmoment vom ersten, bis am Ende des Gangstufenwechsels das gesamte Drehmoment vom zweiten Schaltelement übernommen wird. Bei vorheriger Synchronisation kann ein Gangwechsel schneller erfolgen.
Eine Verbrennungsmaschine kann vorliegend jede Maschine sein, die durch Verbrennen eines Antriebsmittels, wie Benzin, Diesel, Kerosin, Ethanol, Flüssiggas, Autogas, etc. eine Drehbewegung erzeugen kann. Eine Verbrennungsmaschine kann beispielsweise ein Ottomotor, ein Dieselmotor, ein Wankelmotor oder ein Zweitaktmotor sein.
Ein Aktor ist vorliegend ein Bauteil, das ein elektrisches Signal in eine mechanische Bewegung umsetzt. Vorzugsweise führen Aktoren, die mit Doppelschaltelementen verwendet werden, Bewegungen in zwei entgegengesetzte Richtungen aus, um in der ersten Richtung ein Schaltelement des Doppelschaltelements zu schalten und in der zweiten Richtung das andere Schaltelement zu schalten.
Unter seriellem Fahren ist ein Betriebsmodus zu verstehen, bei dem die Verbrennungsmaschine als Antrieb für eine als Generator betriebene elektrische Antriebsmaschine dient, die eine zweite elektrische Antriebsmaschine speist, sodass die Verbrennungsmaschine von den Antriebsrädern entkoppelt ist und vorzugsweise ständig in einem einzigen emissionsgünstigen Betriebspunkt betrieben werden kann.
Unter Standladen ist das Betreiben der elektrischen Antriebsmaschine als Generator zu verstehen, vorzugsweise bei einem Stillstand mit laufender Verbrennungsmaschine, um einen Energiespeicher zu befüllen und/oder eine Bordelektronik zu speisen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Antriebsstrang;
2 eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes;
3 ein Schaltschema des Getriebes der 2;
4 eine zweite Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes;
5 ein Schaltschema des Getriebes der 4;
6 eine dritte Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes;
7 eine vierte Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes;
8 eine fünfte Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes;
9 eine sechste Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes;
10 eine siebte Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes;
11 eine achte Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes; und
12 ein Schaltschema des Getriebes der 11.

In 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 gezeigt. Der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 weist eine Verbrennungsmaschine 14, eine erste elektrische Antriebsmaschine 16 und eine zweite elektrische Antriebsmaschine 18 auf, die mittels eines Getriebes 20 mit einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs 10 verbunden sind. Der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 überträgt Antriebsleistung der elektrischen Antriebsmaschinen 16, 18 und der Verbrennungsmaschine 14 auf Räder des Kraftfahrzeugs 10. Ferner weist das Kraftfahrzeug 10 einen Energiespeicher 22 auf, um Energie zu speichern, die zum Versorgen der elektrischen Antriebsmaschinen 16, 18 dient.
In 2 ist schematisch eine erste Variante eines Getriebes 20 gezeigt. Das Getriebe weist eine erste Getriebeeingangswelle 24 und eine zweite Getriebeeingangswelle 26 auf. Die erste Getriebeeingangswelle 24 ist als Hohlwelle ausgebildet und umgibt die zweite Getriebeeingangswelle 26 zumindest abschnittsweise. Das Getriebe 20 weist ferner eine Vorgelegewelle 28 auf, die über zwei Anbindungen mit einem Differential 30 verbindbar ist. Die beiden Anbindungen des Differentials 30 an die Vorgelegewelle 28 weisen ein erstes Anbindungszahnrad 32 und ein zweites Anbindungszahnrad 34 auf. An der ersten Getriebeeingangswelle 24 ist ein Hohlrad der fünften Gangstufe des Getriebes 20 angeordnet, das mittels eines Schaltelements S1 drehfest bzw. antriebswirksam mit der ersten Getriebeeingangswelle 24 verbindbar ist. Dieses Losrad ist in Eingriff mit einem an der Vorgelegewelle 28 angeordneten Losrad, das wiederum in Eingriff mit dem zweiten Anbindungsfestrad 34 ist.
An der ersten Getriebeeingangswelle 24 ist ferner ein Festrad der ersten und dritten Gangstufe des Getriebes 20 angeordnet. Dieses Festrad ist in Eingriff mit einem an der Vorgelegewelle 28 angeordneten Losrad, wobei dieses Losrad durch Einlegen eines Schaltelements S2 drehfest mit der Vorgelegewelle 28 verbindbar ist. Ferner ist dieses Losrad durch Einlegen eines Schaltelements S3 drehfest mit dem Losrad, das in Eingriff mit dem zweiten Anbindungsfestrad 34 steht, verbindbar.
An der zweiten Getriebeeingangswelle 26 ist ein Festrad der zweiten und vierten Gangstufe des Getriebes 20 angeordnet, das in Eingriff mit einem Festrad der Vorgelegewelle 28 ist. An der Vorgelegewelle 28 ist zudem ein Schaltelement S4 angeordnet, das das Losrad, das in kämmendem Eingriff mit dem zweiten Anbindungsfestrad 34 ist, drehfest mit der Vorgelegewelle 28 verbinden kann. Ferner ist ein weiteres Losrad an der Vorgelegewelle 28 angeordnet, das in Eingriff mit dem ersten Anbindungsfestrad 32 ist. Dieses Losrad kann durch Einlegen eines Schaltelements S5 drehfest mit der Vorgelegewelle 28 verbunden werden.
Die erste und zweite Getriebeeingangswelle 24, 26 sind auf einer Getriebeachse A1 angeordnet. Die Vorgelegewelle 28 ist auf einer Getriebeachse A2 angeordnet. Das Differential 30 ist auf einer Getriebeachse A3 angeordnet.
3 zeigt ein Schaltschema 36 des Getriebes 20 der 2. In der ersten Spalte sind die Verbrennungsgangstufen V1 bis V5 einer Verbrennungsmaschine 14 gezeigt, die wechselseitig mit der ersten Getriebeeingangswelle 24 und der zweiten Getriebeeingangswelle 26 verbindbar ist. Das Schaltschema 36 gibt an, welche der Gangstufen 1 bis 5 des Getriebes 20, welcher der Verbrennungsgangstufen V1 bis V5 der Verbrennungsmaschine 14 entsprechen. In der zweiten bis sechsten Spalte sind die Schaltzustände der einzelnen Schaltelemente S1 bis S5 gezeigt, wobei ein „X“ bedeutet, dass das Schaltelement geschlossen ist, also die ihm zugeordneten Getriebeelemente antriebswirksam miteinander verbindet.
Zum Einlegen der ersten Verbrennungsgangstufe sind folglich die Schaltelemente S2 und S5 zu schließen. Zum Einlegen der Verbrennungsgangstufe V2 ist das Schaltelement S5 zu schließen. Zum Einlegen der Verbrennungsgangstufe V3 ist das Schaltelement S3 zu schließen. Zum Einlegen der Verbrennungsgangstufe V4 ist das Schaltelement S4 zu schließen. Zum Einlegen der Verbrennungsgangstufe V5 ist das Schaltelement S1 zu schließen. Es versteht sich, dass alle Schaltelemente, die nicht explizit als geschlossen bezeichnet wurden, als offen anzusehen sind, also die ihnen zugeordneten Getriebebauteile nicht drehfest miteinander verbinden. Es versteht sich zudem, dass auch eine elektrische Maschine anstatt der Verbrennungsmaschine an das Getriebe 20 angebunden sein kann.
In 4 ist eine zweite Variante eines Getriebes 20 gezeigt. Es soll auf die Unterschiede zu der in 2 gezeigten Variante eingegangen werden. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche Merkmale und werden nicht erneut erläutert.
Das Getriebe 20 der 4 weist eine Getriebeantriebswelle 38 auf, an der eine Doppelkupplungsvorrichtung 40 angeordnet ist. Die Doppelkupplungsvorrichtung weist ein erstes Schaltelement K1, um die Getriebeantriebswelle lösbar mit der ersten Getriebeeingangswelle 24 zu verbinden, und ein zweites Schaltelement K2, um die Getriebeantriebswelle 38 lösbar mit der zweiten Getriebeeingangswelle 26 zu verbinden, auf. Hierdurch kann ein Hauptantrieb, also eine Verbrennungsmaschine und/oder eine elektrische Antriebsmaschine, an der Getriebeantriebswelle 38 angeordnet werden, wobei unter Last in den einzelnen Gangstufen 1 bis 5 des Getriebes 20 geschaltet werden kann. Das erste Schaltelement K1 und das zweite Schaltelement K2 sind dabei vorzugsweise als Reibkupplung ausgebildet.
In 5 ist schematisch ein Schaltschema 42 des Getriebes 20 der 4 gezeigt. Das Schaltschema 42 ist dabei im Wesentlichen analog zu dem in 3 gezeigten Schaltschema 36. Es sind lediglich die Schaltzustände des ersten und zweiten Schaltelements K1, K2 der Doppelkupplungsvorrichtung 40 zusätzlich gezeigt. Zum Einlegen der Verbrennungsgangstufe V1 ist zusätzlich das Schaltelement K1 zu schließen. Zum Einlegen der Verbrennungsgangstufe V2 ist zusätzlich das Schaltelement K2 zu schließen. Zum Einlegen der Verbrennungsgangstufe V3 ist zusätzlich das Schaltelement K1 zu schließen. Zum Einlegen der Verbrennungsgangstufe V4 ist zusätzlich das Schaltelement K2 zu schließen. Zum Einlegen der Verbrennungsgangstufe V5 ist zusätzlich das Schaltelement K1 zu schließen. Benachbarte Gangstufen können folglich durch wechselseitiges Ein- und Auslegen der Schaltelemente K1 und K2 der Doppelkupplungsvorrichtung 40 eingerichtet werden. Hierdurch ist ein Lastschalten aller Gangstufen des Getriebes 20 möglich.
In 6 ist eine Weiterbildung der in 4 gezeigten Variante eines Getriebes gezeigt. Das in 6 gezeigte Getriebe 20 ist als Hybridgetriebe ausgebildet und weist an der Getriebeantriebswelle 38 eine Kupplungsvorrichtung mit einem Schaltelement K0 auf. Dieses Schaltelement kann vorzugsweise dazu verwendet werden, eine hier nicht gezeigte Verbrennungsmaschine 14 vom Getriebe zu entkoppeln. In Wirkrichtung nach dem Schaltelement K0 ist eine erste elektrische Antriebsmaschine 16 drehfest mit der Getriebeantriebswelle 38 verbunden. Hierdurch kann ein Hybridgetriebe geschaffen werden, bei dem die Gangstufen der ersten elektrischen Antriebsmaschine 16 sowie die Verbrennungsgangstufen unter Last schaltbar sind. Man spricht bei dieser Anordnung von einem sogenannten P2, Parallelhybrid.
Es versteht sich, dass die zusätzliche Kupplung mit dem Schaltelement K0 als optional anzusehen ist und vorzugsweise dazu dient, die Verbrennungsmaschine 14 vom Getriebe 20 zu entkoppeln, um einen reinen Elektroantrieb einrichten zu können. Das Schaltelement K0 der Kupplungsvorrichtung kann wahlweise als reib- und/oder formschlüssiges Schaltelement ausgeführt werden. In der in 6 gezeigten Variante eines Getriebes ist die erste elektrische Antriebsmaschine 16 als Koaxialmaschine ausgebildet.
In 7 ist eine weitere Variante des in 6 gezeigten Getriebes 20 gezeigt. Im Unterschied zu der in 6 gezeigten Variante ist die erste elektrische Antriebsmaschine 16 als achsparallele Antriebsmaschine ausgebildet und mittels eines kämmenden Zahnradpaares mit der Getriebeantriebswelle 38 antriebswirksam verbunden. Es versteht sich, dass auch eine Anbindung mittels eines Zugmittelgetriebes wie beispielsweise eines Riementriebs oder eines Kettentriebs vorgesehen sein kann.
In 8 ist eine weitere Variante eines hybridisierten Getriebes 20 gezeigt. Im Unterschied zu der in 4 gezeigten Variante ist die erste elektrische Antriebsmaschine 16 als achsparallele Antriebsmaschine ausgebildet und mittels eines kämmenden Zahnradpaares mit der ersten Getriebeeingangswelle 24 drehfest verbunden. Es versteht sich, dass diese Anbindung auch mittels eines Zugmittelgetriebes, wie oben beschrieben, eingerichtet werden kann. Durch eine derartige Anordnung der ersten elektrischen Antriebsmaschine 16 kann die axiale Baulänge des Getriebes 20 verkürzt werden. Die erste elektrische Antriebsmaschine 16 kann bei dieser Variante die Gangstufen des Getriebes verwenden, die dem ersten Teilgetriebe zugeordnet sind, also dem Teilgetriebe, das mittels der ersten Getriebeeingangswelle 24 angetrieben wird. Folglich kann die erste elektrische Antriebsmaschine 16 die Gangstufen 1, 3 und 5 des Getriebes 20 nutzen. In diesen Gangstufen ist ein rein elektrischer Fahrmodus möglich. Die erste elektrische Antriebsmaschine 16 ist in diesem Beispiel mittels eines separaten Zahnrads an das erste Teilgetriebe angebunden. Es versteht sich, dass auch ein gangbildendes Zahnrad zur Anbindung der ersten elektrischen Antriebsmaschine 16 verwendet werden kann.
In 9 ist eine weitere Variante eines hybridisierten Getriebes gezeigt. Im Unterschied zu der in 8 gezeigten Variante ist die erste elektrische Antriebsmaschine 16 mittels eines gangbildenden Zahnradpaares an das zweite Teilgetriebe angebunden, also antriebswirksam mit der zweiten Getriebeeingangswelle 26 verbunden. Wie oben beschrieben, kann in diesem Fall in den Gangstufen 2 und 4 rein elektrisch gefahren werden.
Bei den beiden in 8 und 9 gezeigten Varianten von Getrieben 20 ist in einem rein elektrischen Fahrbetrieb nur ein zugkraftunterbrochenes Schalten der elektrischen Gangstufen möglich.
In 10 ist eine hybridisierte Variante des Getriebes 20 der 4 gezeigt. Dabei ist eine erste elektrische Antriebsmaschine 16 mittels eines Anbindungszahnrads mit der ersten Getriebeeingangswelle 24 drehfest verbunden. Eine zweite elektrische Antriebsmaschine 18 ist antriebswirksam mit einem gangbildenden Zahnrad der zweiten Getriebeeingangswelle 26 verbunden. Die beiden elektrischen Antriebsmaschinen 16, 18 sind als achsparallele Antriebsmaschinen ausgebildet. Es versteht sich, dass die Anbindung mittels eines Zugmittelgetriebes ebenfalls möglich ist.
Die erste elektrische Antriebsmaschine 16 ist dem ersten Teilgetriebe zugeordnet. Die zweite elektrische Antriebsmaschine 18 ist dem zweiten Teilgetriebe zugeordnet. Hierdurch kann die Doppelkupplungsvorrichtung 40 mit formschlüssigen Schaltelementen K1, K2 ausgeführt werden, da die formschlüssigen Schaltelemente durch die beiden elektrischen Antriebsmaschinen 16, 18 synchronisiert werden können. Die erste elektrische Antriebsmaschine 16 kann die Gangstufen 1, 3 und 5 elektrisch nutzen. Die zweite elektrische Antriebsmaschine 18 kann die Gangstufen 2 und 4 elektrisch nutzen. Beim rein elektrischen Betrieb sind die Schaltelemente K1 und K2 geöffnet, die Verbrennungsmaschine ist folglich abgekoppelt. Die Schaltzustände des Getriebes 20 gemäß der 10 können mit dem Schaltschema 42 der 5 beschrieben werden.
In 11 ist eine weitere Variante eines hybridisierten Getriebes 20 gezeigt. Im Unterschied zu der in 10 gezeigten Variante eines Getriebes 20 ist ein zusätzliches Schaltelement K3 vorgesehen, das die beiden Teilgetriebe in geschlossenem Zustand miteinander verbindet, also die erste Getriebeeingangswelle 24 drehfest mit der zweiten Getriebeeingangswelle 26 verbindet. Hierdurch kann das Schaltelement K1 der Doppelkupplungsvorrichtung 40 immer geschlossen bleiben, um die Verbrennungsmaschine 14 mittels der ersten elektrischen Antriebsmaschine 16 bei Schaltungen synchronisieren zu können. Ein Antrieb erfolgt hierbei mittels der zweiten elektrischen Antriebsmaschine 18 während der Schaltungen. Mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine 16 kann rein elektrisch gefahren werden, indem das Schaltelement K2 der Doppelkupplungsvorrichtung 40 geschlossen wird. Hierdurch kann die zweite elektrische Antriebsmaschine 18 als Generator verwendet werden. Es kann also ein sogenannter serieller Fahrmodus eingerichtet werden. Bei dieser Anbindungsvariante kann die erste elektrische Antriebsmaschine 16 die Gangstufen 1, 3 und 5 des Getriebes 20 elektrisch nutzen. Die zweite elektrische Antriebsmaschine 18 kann die Gangstufen 2 und 4 des Getriebes 20 nutzen. Beim rein elektrischen Betrieb sind die Schaltelemente K1 und K2 der Doppelkupplungsvorrichtung 40 geöffnet. Die Verbrennungsmaschine 14 ist somit vom Getriebe abgekoppelt.
In 12 ist ein Schaltschema 44 gezeigt, das die Schaltzustände des Getriebes 20 gemäß der 11 zeigt. Die Gangstufen 1 bis 5 schalten sich dabei analog zu dem Schaltschema 42. Wie oben beschrieben, ist zum Einlegen der Verbrennungsgangstufen immer das Schaltelement K1 der Doppelkupplungsvorrichtung 40 zu schließen.
Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.
In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Kraftfahrzeug
12: Kraftfahrzeug-Antriebsstrang
14: Verbrennungsmaschine
16: erste elektrische Antriebsmaschine
18: zweite elektrische Antriebsmaschine
20: Getriebe
22: Energiespeicher
24: erste Getriebeeingangswelle
26: zweite Getriebeeingangswelle
28: Vorgelegewelle
30: Differential
32: erstes Anbindungszahnrad
34: zweites Anbindungszahnrad
36: Schaltschema
38: Getriebeantriebswelle
40: Doppelkupplungsvorrichtung
42: Schaltschema
44: Schaltschema
S1-S5: Schaltelemente
KO-K3: Schaltelemente
A1-A3: Getriebeachsen

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 102011105521 A1 [0005]

Claims

Getriebe (20) für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) mit einer Verbrennungsmaschine (14), einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (16), und/oder einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine (18), mit: einer ersten Getriebeeingangswelle (24) für ein erstes Teilgetriebe; einer zweiten Getriebeeingangswelle (26) für ein zweites Teilgetriebe; einer Vorgelegewelle (28); in mehreren Radsatzebenen angeordneten Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen; und mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen (S1, S2, S3, S4, S5) zum Einlegen der Gangstufen; und einem Abtrieb mit einem Differential (30), wobei das Differential antriebswirksam mit der Vorgelegewelle mittels einer ersten und einer zweiten Anbindung verbindbar ist.
Getriebe (20) nach Anspruch 1, wobei die erste Anbindung ein erstes Anbindungszahnrad (32) umfasst und die zweite Anbindung ein zweites Anbindungszahnrad (34) umfasst; und das erste Anbindungszahnrad und das zweite Anbindungszahnrad in zwei Radsatzebenen angeordnet sind und vorzugsweise voneinander verschiedene Übersetzungen aufweisen.
Getriebe (20) nach Anspruch 2, wobei das erste Anbindungszahnrad (32) und/oder das zweite Anbindungszahnrad (34) in Eingriff mit einem gangbildenden Zahnrad ist und dazu ausgebildet ist, eine Übersetzung für wenigstens eine Gangstufe im Getriebe einzurichten.
Getriebe (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit: einer Getriebeantriebswelle (38), die mit der ersten und/oder zweiten Getriebeeingangswelle (24, 26) verbindbar ist, wobei das erste Teilgetriebe vorzugsweise die ungeraden und das zweite Teilgetriebe vorzugsweise die geraden Gangstufen umfasst; und einer Doppelkupplungsvorrichtung (40) mit einem ersten Schaltelement (K1), um die Getriebeantriebswelle lösbar mit der ersten Getriebeeingangswelle antriebswirksam zu verbinden und einem zweiten Schaltelement (K2), um die Getriebeantriebswelle lösbar mit der zweiten Getriebeeingangswelle antriebswirksam zu verbinden.
Getriebe (20) nach Anspruch 4, wobei die Getriebeantriebswelle (38) mit der Verbrennungsmaschine (14), vorzugsweise mittels einer Verbrennungsmaschinenkupplung mit einem Schaltelement (K0) antriebswirksam verbindbar ist; und/oder die Getriebeantriebswelle mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine (16) antriebswirksam verbindbar ist.
Getriebe (20) nach Anspruch 5, wobei benachbarte Gangstufen des Getriebes für die Verbrennungsmaschine (14) und/oder die erste elektrische Antriebsmaschine (16) durch wechselseitiges Einlegen der Schaltelemente (K1, K2) der Doppelkupplungsvorrichtung (40) schaltbar sind.
Getriebe (20) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die erste Getriebeeingangswelle (24) und die zweite Getriebeeingangswelle (26) koaxial zueinander angeordnet sind; und eine der Getriebeeingangswellen als Hohlwelle ausgebildet ist und zumindest abschnittsweise die andere Getriebeeingangswelle umgibt.
Getriebe (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schaltelemente (S1, S2, S3, S4, S5, K0, K1, K2) als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet sind; und/oder wenigstens zwei der Schaltelemente als Doppelschaltelemente ausgebildet sind, die von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar sind.
Getriebe (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein an einem ersten axialen Ende des Getriebes angeordnetes Zahnrad dazu ausgebildet ist, mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine (16) antriebswirksam verbunden zu werden; und/oder ein an einem zweiten, dem ersten axialen Ende gegenüberliegenden, axialen Ende des Getriebes angeordnetes Zahnrad dazu ausgebildet ist, mit der zweiten elektrischen Antriebsmaschine (18) antriebswirksam verbunden zu werden.
Getriebe (20) nach Anspruch 9, wobei das an dem ersten und/oder zweiten axialen Ende des Getriebes angeordnete Zahnrad ein gangbildendes Zahnrad ist.
Getriebe (20) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, mit einer Verbindungskupplung mit einem Schaltelement (K3), um die erste und zweite Getriebeeingangswelle (24, 26) antriebswirksam miteinander zu verbinden.
Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) für ein Kraftfahrzeug (10), mit: einem Getriebe (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche; und einer Verbrennungsmaschine (14) und/oder einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (16), die mit der Getriebeantriebswelle (38) verbindbar ist.
Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach Anspruch 12, mit einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine (18), die mit der ersten oder zweiten Getriebeeingangswelle (24, 26) verbindbar ist.
Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach Anspruch 13, wobei die erste und/oder die zweite elektrische Antriebsmaschine (16, 18) als Startergenerator zum Starten der Verbrennungsmaschine (14); als Ladegenerator zum Laden eines Energiespeichers (22); und/oder als Generator zum Versorgen der ersten oder zweiten elektrischen Antriebsmaschine bei einem seriellen Fahrmodus ansteuerbar ist.
Kraftfahrzeug (10) mit: einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der Ansprüche 12 bis 14; und einem Energiespeicher (22) zum Speichern von Energie zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine und/oder der zweiten elektrischen Antriebsmaschine (16, 18).