DE102020203126A1

DE102020203126A1 - Getriebe für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020203126A1
Application number: DE102020203126.6A
Authority: DE
Inventors: Fabian Kutter; Martin Brehmer; Matthias Horn; Oliver BAYER; Johannes Kaltenbach; Thomas Martin; Michael Wechs; Thomas Kroh; Max Bachmann; Peter Ziemer; Juri Pawlakowitsch; Ingo Pfannkuchen; Stefan Beck
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-03-11
Filing date: 2020-03-11
Publication date: 2021-09-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe (4) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Elektromaschine (14), eine Antriebswelle (9), eine Eingangswelle (10) und eine Abtriebswelle (11), wobei die Antriebswelle (9) dazu eingerichtet ist, das Getriebe (4) mit einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges zu verbinden. Zwischen der Antriebswelle (9) und der Eingangswelle (10) ist eine Anfahreinrichtung vorgesehen, wobei die Eingangswelle (10) mit der Abtriebswelle (11) über ein Planetenradsatzsystem (25) gekoppelt werden kann. Um das Getriebe (4) mit einem kompakten Aufbau zu realisieren und die Elektromaschine (14) auf vorteilhafte Weise einzubinden, ist die Anfahreinrichtung als hydrodynamischer Drehmomentwandler (16) ausgeführt, wobei ein Rotor (13) der Elektromaschine (14) mit der Antriebswelle (9) in Verbindung steht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Elektromaschine, eine Antriebswelle, eine Eingangswelle und eine Abtriebswelle, wobei die Antriebswelle dazu eingerichtet ist, das Getriebe mit einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges zu verbinden, wobei zwischen der Antriebswelle und der Eingangswelle eine Anfahreinrichtung vorgesehen ist, und wobei die Eingangswelle mit der Abtriebswelle über ein Planetenradsatzsystem koppelbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einem vorgenannten Getriebe.
Bei Kraftfahrzeugen sind mehrgängige Getriebe bekannt, bei welchen mehrere unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse als Gänge durch Betätigung entsprechender Schaltelemente geschaltet werden können, wobei dies vorzugsweise automatisch vollzogen wird. Das Getriebe wird dabei dazu genutzt, ein Zugkraftangebot einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges in Hinblick auf verschiedene Kriterien geeignet umzusetzen. Bei Getrieben für Hybridfahrzeuge wird ein vorgenanntes Getriebe häufig auch mit einer oder mehreren Elektromaschinen kombiniert, wobei die zumindest eine Elektromaschine dabei im Getriebe zur Darstellung verschiedener Betriebsmodi, wie einem rein elektrischen Fahren, auf unterschiedliche Weisen eingebunden werden kann.
Aus der DE 10 2016 211 392 A1 geht ein Getriebe hervor, welches in einer Variante eine Antriebswelle, eine Eingangswelle und eine Abtriebswelle aufweist. Die Antriebswelle, die Eingangswelle und die Abtriebswelle liegen dabei koaxial zueinander, wobei ebenfalls koaxial zu den Wellen ein Planetenradsatzsystem mit vier Wellen sowie ein weiterer Planetenradsatz vorgesehen sind. Zudem sind mehrere Schaltelemente vorgesehen, durch deren Betätigung die Wellen des Planetenradsatzsystems sowie Elemente des weiteren Planetenradsatzes auf unterschiedliche Art und Weisen untereinander gekoppelt und hierdurch auch unterschiedliche Kraftflussführungen von der Eingangswelle zu der Abtriebswelle realisiert werden können. An der Eingangswelle ist zudem ein Rotor einer Elektromaschine drehfest angebunden, wobei die Eingangswelle mit der Antriebswelle über eine zwischenliegende Anfahreinrichtung verbunden werden kann, die als Lamellenkupplung ausgeführt ist.
Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein möglichst kompakt bauendes Getriebe bei niedrigem Herstellungsaufwand zu verwirklichen, wobei bei dem Getriebe eine Elektromaschine auf geeignete Art und Weise eingebunden sein soll.
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, in welchem ein vorgenanntes Getriebe vorgesehen ist, ist ferner Gegenstand von Anspruch 13.
Gemäß der Erfindung umfasst ein Getriebe eine Elektromaschine, eine Antriebswelle, eine Eingangswelle und eine Abtriebswelle, wobei die Antriebswelle dazu eingerichtet ist, das Getriebe mit einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges zu verbinden. Zwischen der Antriebswelle und der Eingangswelle ist ferner eine Anfahreinrichtung vorgesehen. Zudem kann die Eingangswelle mit der Abtriebswelle über ein Planetenradsatzsystem gekoppelt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Getriebe dient also die Antriebswelle im verbauten Zustand des Getriebes der Koppelung mit einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges, wobei diese Koppelung dabei unmittelbar oder mittelbar über weitere, zwischenliegende Komponenten vollzogen sein kann. Hierbei kann es sich bei diesen weiteren Komponenten um weitere Wellen und/oder einen zwischenliegenden Torsionsschwingungsdämpfer handeln.
Unter einer „Welle“ ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches eine Kraftflussführung zwischen Komponenten ggf. bei gleichzeitiger Betätigung eines entsprechenden Schaltelements vorgenommen werden kann. Die jeweilige Welle kann 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 des Getriebes gemeint, parallel zu welcher Rotationsachsen der Wellen und auch des Planetenradsatzsystems ausgerichtet sind. Unter „radial“ ist dann eine Orientierung in Durchmesserrichtung einer jeweiligen rotierbaren Komponente, insbesondere einer jeweiligen Welle zu verstehen.
Bevorzugt ist über die Abtriebswelle des Getriebes eine Koppelung mit einem achsparallel zu der Antriebswelle des Getriebes angeordneten Differentialgetriebe hergestellt. Dabei liegt eine Anschlussstelle der Abtriebswelle, an welcher ein Abtrieb von der Abtriebswelle im verbauten Zustand des Getriebes an nachfolgende Komponenten im Kraftfahrzeugantriebsstrang vorgenommen wird, bevorzugt axial zwischen dem Planetenradsatzsystem und der Anfahreinrichtung. Diese Art der Anordnung eignet sich besonders zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug mit einem quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichteten Antriebsstrang.
Alternativ dazu könnte eine Anschlussstelle der Abtriebswelle des Getriebes prinzipiell aber auch an einem entgegengesetzt zu einer Anschlussstelle der Antriebswelle liegenden, axialen Ende des Getriebes vorgesehen sein. Dadurch sind ein Antrieb über die Antriebswelle und ein Abtrieb über die Abtriebswelle des Getriebes an einander entgegengesetzten axialen Enden des Getriebes platziert. Ein derartig gestaltetes Getriebe eignet sich dabei zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug mit einem in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichteten Antriebsstrang. In beiden Fällen liegen die Antriebswelle, die Eingangswelle und die Abtriebswelle bevorzugt koaxial zueinander, wobei die Antriebswelle und Abtriebswelle hierbei bei einer denkbaren Variante der Erfindung als Hohlwellen ausgeführt sind, während die Eingangswelle als Vollwelle vorliegt. Alternativ dazu sind im Rahmen einer anderen Variante die Eingangswelle und die Abtriebswelle als Hohlwellen gestaltet, wohingegen die Antriebswelle im Wesentlichen als Vollwelle ausgeführt ist.
In axialer Richtung folgen die Anfahreinrichtung und das Planetenradsatzsystem insbesondere auf eine Anschlussstelle, an welcher an der Antriebswelle im verbauten Zustand des Getriebes eine mittelbare oder unmittelbare Verbindung mit der vorgeschalteten Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges hergestellt ist oder hergestellt werden kann, in der Reihenfolge Anfahreinrichtung und dann Planetenradsatzsystem.
Das erfindungsgemäße Getriebe verfügt über eine Elektromaschine, was das Getriebe für die Anwendung bei einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug geeignet macht. Diese Elektromaschine kann dabei im Rahmen der Erfindung bevorzugt einerseits als Generator sowie andererseits als Elektromotor betrieben werden.
Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die Anfahreinrichtung als hydrodynamischer Drehmomentwandler ausgeführt ist. Zudem steht ein Rotor der Elektromaschine mit der Antriebswelle in Verbindung. Mit anderen Worten ist also bei dem erfindungsgemäßen Getriebe die Anfahreinrichtung, welche zwischen der Antriebswelle und der Eingangswelle vorgesehen ist, als hydrodynamischer Drehmomentwandler gestaltet. Die Elektromaschine des Getriebes ist zudem so eingebunden, dass ein Rotor der Elektromaschine mit der Antriebswelle gekoppelt ist.
Eine derartige Ausgestaltung eines Getriebes hat dabei den Vorteil, dass durch Ausführung der Anfahreinrichtung als hydrodynamischer Drehmomentwandler und der Einbindung der Elektromaschine an der Antriebswelle und damit zwischen dem hydrodynamischen Drehmomentwandler und der Eingangswelle die Drehmomenterhöhung des hydrodynamischen Drehmomentwandlers auch bei der Einbindung der Elektromaschine genutzt werden kann. In der Folge kann die Elektromaschine auch für ein rein elektrisches Anfahren des Kraftfahrzeuges genutzt werden, ohne die Elektromaschine hierfür mit einer hohen Antriebsleistung ausführen zu müssen. Durch die Verwendung eines Planetenradsatzsystems kann außerdem ein kompakter Aufbau des Getriebes bei gleichzeitiger Darstellung einer hohen Anzahl von unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen erreicht werden. Insgesamt lässt sich dadurch ein Getriebe mit niedrigem Herstellungsaufwand und kompaktem Aufbau verwirklichen, bei welchem die Elektromaschine auf geeignete Art und Weise eingebunden ist.
Unter einer „Verbindung“ des Rotors der Elektromaschine mit der Antriebswelle ist im Sinne der Erfindung eine Koppelung zwischen diesen zu verstehen, so dass zwischen dem Rotor der Elektromaschine und der Antriebswelle eine gleichbleibende Drehzahlabhängigkeit vorherrscht.
Der hydrodynamischer Drehmomentwandler setzt sich auf dem Fachmann prinzipiell bekannte Art und Weise bevorzugt aus einem Turbinenrad, einem Pumpenrad und einem Leitrad zusammen, welche jeweils mit je einer Beschaufelung ausgestattet sind und gemeinsam einen zwischenliegenden Torusraum definieren. Dieser Torusraum ist dabei mit einer Hydraulikflüssigkeit befüllt bzw. befüllbar, bei welcher es sich insbesondere um Öl handelt. Innerhalb des Getriebes ist dann bevorzugt das Pumpenrad drehfest mit der Antriebswelle verbunden, während das Leitrad entweder permanent mit einem Getriebegehäuse des Getriebes verbunden oder über einen Freilauf mit dem Getriebegehäuse gekoppelt ist. Im letztgenannten Fall ist der hydrodynamischer Drehmomentwandler dann als Trilok-Wandler ausgeführt. Das Turbinenrad ist insbesondere mit der Eingangswelle des Getriebes gekoppelt, wobei dies dabei als drehfeste Verbindung zwischen dem Turbinenrad und der Eingangswelle vorliegen kann. Besonders bevorzugt ist die Eingangswelle aber mit dem Turbinenrad des hydrodynamischen Drehmomentwandlers über einen zwischenliegenden Torsionsschwingungsdämpfer gekoppelt.
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung sind dem Planetenradsatzsystem vier Wellen zugeordnet, von welchen die erste Welle über ein erstes Schaltelement festgesetzt werden kann, während die zweite Welle mittels eines zweiten Schaltelements drehfest mit der Eingangswelle verbunden sowie über ein drittes Schaltelement festgesetzt werden kann. Zudem ist die dritte Welle mittels eines vierten Schaltelements festsetzbar sowie über ein fünftes Schaltelement drehfest mit der Eingangswelle in Verbindung bringbar. Schließlich ist die vierte Welle drehfest mit der Abtriebswelle verbunden oder einstückig mit der Abtriebswelle ausgebildet.
Das Planetenradsatzsystem ist in diesem Fall also über die vier Wellen mit dem restlichen Getriebe verbunden bzw. verbindbar. Dabei ist die vierte Welle des Planetenradsatzsystems entweder permanent drehfest mit der Abtriebswelle verbunden oder aber einstückig mit dieser ausgeführt, so dass die Abtriebswelle letztendlich auch die vierte Welle des Planetenradsatzsystems bildet. Außerdem umfasst das Getriebe fünf Schaltelemente, von welchen das erste Schaltelement im betätigten Zustand ein Festsetzen der ersten Welle des Planetenradsatzsystems hervorruft und diese dementsprechend an einer Drehbewegung hindert. Ebenso sorgt auch das dritte Schaltelement im geschlossenen Zustand für ein Festsetzen, in diesem Fall aber von der zweiten Welle, wodurch diese dann ebenfalls an einer Drehbewegung gehindert ist. Das zweite Schaltelement verbindet im betätigten Zustand die zweite Welle drehfest mit der Eingangswelle, wohingegen das vierte Schaltelement im geschlossenen Zustand ein Festsetzen der dritten Welle des Planetenradsatzsystems bewirkt und dieses in der Folge an einer Drehbewegung hindert. Schließlich sorgt das fünfte Schaltelement im geschlossenen Zustand für eine drehfeste Verbindung der dritten Welle und der Eingangswelle.
Während also das erste Schaltelement, das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement jeweils als Bremse ausgeführt sind, die im betätigten Zustand für ein Festsetzen der hieran jeweils unmittelbar angebundenen Welle sorgt, sind das zweite Schaltelement und das fünfte Schaltelement als Kupplungen realisiert. Letztere sorgen dabei in einem betätigten Zustand für eine drehfeste Verbindung zwischen den hieran unmittelbar angebundenen Wellen. Im Sinne der Erfindung wird ein Festsetzen insbesondere dadurch erreicht, dass die betreffende Komponente des Getriebes drehfest mit einem drehfesten Bauelement verbunden wird, bei welchem es sich bevorzugt um ein Getriebegehäuse, einen Teil des Getriebegehäuses oder eine hiermit drehfest verbundene Komponente handelt.
Bei der vorgenannten Ausführungsform ergibt sich ein erster Gang zwischen der Eingangswelle und der Abtriebswelle durch Betätigen des ersten und des zweiten Schaltelements, während ein zweiter Gang zwischen der Eingangswelle und der Abtriebswelle durch Schließen des ersten und des fünften Schaltelements geschaltet werden kann. Ein dritter Gang zwischen der Eingangswelle und der Abtriebswelle kann durch Betätigen des zweiten und des fünften Schaltelements realisiert werden, wohingegen ein vierter Gang zwischen der Eingangswelle und der Abtriebswelle durch Schließen des dritten und des fünften Schaltelements darstellbar ist.
Schließlich ergibt sich ein fünfter Gang durch Betätigen des zweiten und des vierten Schaltelements.
Aufgrund der Koppelbarkeit der Eingangswelle mit der Antriebswelle über den zwischenliegenden, hydrodynamischen Drehmomentwandler können diese Gänge dabei zum einen über die an der Antriebswelle angebundene Elektromaschine für ein rein elektrisches Fahren genutzt werden, wobei hierbei die Drehmomenterhöhung des hydrodynamischen Drehmomentwandlers genutzt werden kann. Da die Antriebswelle zudem dazu eingerichtet ist, das Getriebe im verbauten Zustand unmittelbar oder mittelbar mit einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges zu verbinden, können diese Gänge darüber hinaus auch zu einem Fahren über die vorgeschaltete Antriebsmaschine herangezogen werden. Im letztgenannten Fall kann über die Elektromaschine dabei auch gezielt eine Antriebsleistung eingespeist werden, um die vorgeschaltete Antriebsmaschine beim Antrieb des Kraftfahrzeuges bedarfsweise zu unterstützen. Zudem kann auch ein gemeinsamer Antrieb des Kraftfahrzeuges über die Elektromaschine und die vorgeschaltete Antriebsmaschine vollzogen werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Planetenradsatzsystem als Ravigneaux-Radsatz ausgeführt, welcher ein erstes Sonnenrad, ein zweites Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Planetensteg aufweist. Der Planetensteg führt dabei mindestens ein erstes Planetenrad und mindestens ein zweites Planetenrad drehbar gelagert, von welchen das mindestens eine erste Planetenrad mit dem ersten Sonnenrad und mit dem mindestens einen zweiten Planetenrad jeweils im Zahneingriff steht, während das mindestens eine zweite Planetenrad neben den Zahneingriff mit dem mindestens einen ersten Planetenrad jeweils noch mit dem zweiten Sonnenrad und dem Hohlrad kämmt. Dabei ist das erste Sonnenrad drehfest mit der ersten Welle, das zweite Sonnenrad drehfest mit der zweiten Welle, der Planetensteg drehfest mit der dritten Welle sowie das Hohlrad drehfest mit der vierten Welle verbunden. Hierdurch wird eine geeignete Ausführung des Planetenradsatzsystems erreicht, wobei sich ein Ravigneaux-Radsatz durch einen niedrigen Herstellungsaufwand aufgrund des einen Hohlrades und des gemeinsamen Planetenstegs auszeichnet.
Alternativ dazu setzt sich das Planetenradsatzsystem zumindest funktional aus einem ersten Planetenradsatz und einen zweiten Planetenradsatz zusammen, wobei jeder der Planetenradsätze je ein erstes Element, je ein zweites Element und je ein drittes Element aufweist, von welchen insbesondere jeweils eines als Sonnenrad, jeweils eines als Planetensteg und jeweils eines als Hohlrad ausgeführt ist. Das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes ist hierbei drehfest mit der ersten Welle verbunden, während das erste Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit der zweiten Welle in Verbindung steht. Ferner sind das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander sowie gemeinsam drehfest mit der vierten Welle verbunden. Zudem stehen das dritte Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander sowie gemeinsam drehfest der ersten Welle in Verbindung.
Dass sich das Planetenradsatzsystem zumindest „funktional“ aus zwei Planetenradsätzen zusammensetzt, bedeutet im Sinne der Erfindung, dass von der Funktion her die ersten Elemente, die zweiten Elemente und dritten Elemente der beiden Planetenradsätze vorhanden sind. Dabei können diese Elemente der Planetenradsätze tatsächlich als eigenständige Komponenten des Getriebes vorliegen. Besonders bevorzugt sind aber die drehfest miteinander verbundenen Elemente der beiden Planetenradsätze einstückig und dabei durch eine gemeinsame Komponente des Getriebes verwirklicht, so dass die beiden Planetenradsätze somit zu einem reduzierten Planetengetriebe zusammengefasst sind. So sind bei dem Planetenradsatzsystem insbesondere das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das zweite Element des dritten Planetenradsatzes durch ein gemeinsames Bauteil und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes sowie das erste Element des zweiten Planetenradsatzes durch ein gemeinsames Bauteil verwirklicht.
Im Sinne der Erfindung sind die zumindest von der Funktion her vorhandenen Planetenradsätze bevorzugt als Minus-Planetensätze ausgeführt, wobei das jeweilige erste Element dabei als ein jeweiliges Sonnenrad, das jeweilige zweite Element als ein jeweiliger Planetensteg und das jeweilige dritte Element als ein jeweiliges Hohlrad ausgebildet ist. Der jeweilige Planetensteg führt dabei mindestens ein Planetenrad drehbar gelagert, welches sowohl mit dem zugehörigen Sonnenrad, als auch dem zugehörigen Hohlrad im Zahneingriff steht. Aufgrund des Zusammenfassens der beiden Planetenradsätze zu dem Planetenradsatzsystem ist dabei jedoch bevorzugt ein gemeinsamer Planetensteg vorgesehen, welcher sowohl das mindestens eine Planetenrad des ersten Planetenradsatzes, als auch das mindestens eine Planetenrad des zweiten Planetenradsatzes jeweils drehbar gelagert führt. Weiter bevorzugt sind das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes dann durch ein gemeinsames Bauteil verwirklicht, welches an einer radialen Innenseite die Verzahnung des Hohlrades des ersten Planetenradsatzes und an einer radialen Außenseite die Verzahnung des Sonnenrades des zweiten Planetenradsatzes bildet.
Sofern eine Anbindung der Elemente dies ermöglicht, könnte der einzelne, zumindest funktional vorhandene Planetenradsatz prinzipiell aber auch als Plus-Planetensatz verwirklicht sein, bei welcher der jeweilige Planetensteg mindestens ein Planetenradpaar drehbar gelagert führt, von dessen Planetenrädern ein Planetenrad mit dem Sonnenrad und ein Planetenrad mit dem Hohlrad kämmt sowie die Planetenräder untereinander im Zahneingriff stehen. In diesem Fall wäre dann das jeweilige, zweite Element bevorzugt als Hohlrad und das jeweilige dritte Element als Planetensteg verwirklicht. Insofern wäre im Vergleich zu einer Ausführung als Minus-Planetensatz eine Planetensteg- und Hohlradanbindung miteinander zu tauschen sowie eine Standübersetzung des jeweiligen Planetenradsatzes um Eins zu erhöhen.
In Weiterbildung der Erfindung sind der erste Planetenradsatz und der zweite Planetenradsatz axial auf derselben Höhe platziert, wobei der erste Planetenradsatz dabei radial innenliegend zu dem zweiten Planetenradsatz angeordnet ist. Hierdurch können die beiden Planetenradsätze radial geschachtelt angeordnet werden, wodurch sich die axiale Baulänge des Getriebes reduzieren lässt.
Entsprechend einer Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ist das einzelne Schaltelement als kraftschlüssiges Schaltelement ausgeführt, wobei dieses dabei bevorzugt als Lamellenschaltelement vorliegt. Kraftschlüssige Schaltelemente haben den Vorteil, dass sie auch bei vorhandenen Differenzdrehzahlen und damit unter Last in einen betätigten Zustand überführt werden können. Alternativ dazu ist es im Rahmen der Erfindung aber auch denkbar, einzelne oder mehrere der Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente auszuführen, wobei diese dabei als Sperrsynchronisationen oder auch als unsynchronisierte Klauenschaltelemente vorliegen können. Formschlüssige Schaltelemente zeichnen sich im geöffneten Zustand durch niedrige Schleppverluste auf, wodurch sich der Wirkungsgrad im Vergleich zu einer Ausführung als kraftschlüssige Schaltelemente verbessern lässt.
Bei dem erfindungsgemäßen Getriebe können insbesondere das erste Schaltelement und das vierte Schaltelement als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sein, während das zweite Schaltelement, das dritte Schaltelement und das fünfte Schaltelement bevorzugt als kraftschlüssige Schaltelemente vorliegen. Bei Ausführung als formschlüssige Schaltelemente können dabei das erste Schaltelement und das vierte Schaltelement zu einer Schalteinrichtung zusammengefasst sein, über deren gemeinsame Betätigungseinrichtung aus einer Neutralstellung heraus entweder das erste Schaltelement oder das vierte Schaltelement in einen jeweils betätigten Zustand überführt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Elektromaschine koaxial zu der Antriebswelle angeordnet, wobei der Rotor drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist. In diesem Fall ist also eine permanente drehfeste Verbindung zwischen dem Rotor der Elektromaschine und der Antriebswelle vollzogen. Im Rahmen dieser Ausführungsform ist es aber alternativ dazu auch denkbar, dass ein Rotor der koaxial angeordneten Elektromaschine über mindestens eine zwischenliegende Übersetzungsstufe mit der Antriebswelle gekoppelt ist. Bei der mindestens einen, zwischenliegenden Übersetzungsstufe kann es sich dabei um je eine Planetenstufe und/oder je eine Stirnradstufe handeln.
Entsprechend einer alternativen Ausgestaltungsmöglichkeit ist die Elektromaschine achsversetzt zu der Antriebswelle platziert, wobei der Rotor der Elektromaschine über mindestens eine Übersetzungsstufe mit der Antriebswelle gekoppelt ist. Die Verwendung mindestens einer zwischenliegenden Übersetzungsstufe hat prinzipiell den Vorteil, dass somit eine Zwischenübersetzung zwischen dem Rotor der Elektromaschine und der Antriebswelle stattfinden kann, so dass die Verwendung einer kleinbauenden, schnelllaufende Elektromaschine möglich ist. In diesem Fall kann es sich bei der mindestens einen Übersetzungsstufe um je eine Planetenstufe und/oder je eine Stirnradstufe und/oder auch einen Zugmitteltrieb handeln.
In Weiterbildung der Erfindung kann die Antriebswelle über eine Schaltkupplung mit einer Anschlusswelle verbunden werden, die dazu eingerichtet ist, das Getriebe mit einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges zu verbinden. In diesem Fall dient also die Antriebswelle nicht unmittelbar der Anbindung an eine Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges, sondern die Anbindung wird über eine zwischenliegende Anschlusswelle vollzogen, welche mit der Antriebswelle über eine Schaltkupplung verbunden werden kann. Dies hat den Vorteil, dass somit in einem geöffneten Zustand der Schaltkupplung die Antriebswelle von der Anschlusswelle und damit auch der vorgeschalteten Antriebsmaschine entkoppelt ist, wodurch ein unabhängiger Antrieb über die Elektromaschine stattfinden kann.
Die Schaltkupplung ist im Sinne der Erfindung insbesondere als kraftschlüssige Kupplung und hierbei bevorzugt als Lamellenkupplung ausgeführt. Alternativ dazu kann eine kraftschlüssige Kupplung aber auch als nass- oder trockenlaufende Reibkupplung verwirklicht sein. Prinzipiell kommt außerdem eine Ausführung der Schaltkupplungen als formschlüssige Kupplung in Frage, wobei für ein Schließen der Schaltkupplung dann eine Synchronisation über die Elektromaschine unterstützt werden kann.
Bevorzugt ist zwischen der Anschlusswelle und der Schaltkupplung ein Torsionsschwingungsdämpfer zwischengeschaltet, welcher die Anschlusswelle mit der zugehörigen Kupplungshälfte der Schaltkupplung koppelt. Alternativ dazu ist es im Rahmen der Erfindung aber auch denkbar, dass die Anschlusswelle unmittelbar drehfest mit der zugehörigen Kupplungshälfte der Schaltkupplung verbunden ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ist eine Überbrückungskupplung vorgesehen, über welche die Antriebswelle parallel zum hydrodynamischen Drehmomentwandler mit der Eingangswelle verbunden werden kann.
Hierdurch kann der hydrodynamische Drehmomentwandler nach Realisierung eines Anfahrvorganges gezielt überbrückt werden, was den Wirkungsgrad des Getriebes verbessert. Besonders bevorzugt werden über die Überbrückungskupplung dabei das Pumpenrad und das Turbinenrad des hydrodynamischen Drehmomentwandlers drehfest miteinander verbunden. Die Überbrückungskupplung ist insbesondere als kraftschlüssige Kupplung und hierbei insbesondere als Lamellenkupplung ausgeführt, wobei alternativ dazu aber auch eine Ausführung als nass- oder trockenlaufende Reibkupplung oder auch als formschlüssige Kupplung denkbar ist.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Elektromaschine axial entweder im Bereich des hydrodynamischen Drehmomentwandlers oder im Bereich des Planetenradsatzsystems angeordnet. Die Elektromaschine kann also entweder auf einer der vorgeschalteten Antriebsmaschine zugewandten oder abgewandten Seite des Getriebes liegen. Dabei kommt auch eine Anordnung der Elektromaschine axial auf Höhe des hydrodynamischen Drehmomentwandlers oder auf Höhe des Planetenradsatzsystems in Betracht.
Das erfindungsgemäße Getriebe ist insbesondere Teil eines Kraftfahrzeugantriebsstranges für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug und ist dann zwischen einer als Verbrennungskraftmaschine oder als Elektromaschine gestalteten Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges und weiteren, in Kraftflussrichtung zu Antriebsrädern des Kraftfahrzeuges folgenden Komponenten des Antriebsstranges angeordnet. Hierbei ist die Antriebswelle bzw. die Anschlusswelle des Getriebes bevorzugt permanent drehfest mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt, wobei zwischen Verbrennungskraftmaschine und Getriebe zudem ein Torsionsschwingungsdämpfer vorgesehen sein kann. Auch im Falle einer Ausführung der Antriebsmaschine als Elektromaschine ist insbesondere eine direkte drehfeste Verbindung der Antriebswelle bzw. der Anschlusswelle mit einem Rotor dieser Elektromaschine vollzogen sein. Abtriebsseitig ist das Getriebe innerhalb des Kraftfahrzeugantriebsstranges dann bevorzugt mit einem Differentialgetriebe einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges gekoppelt, wobei hier allerdings auch eine Anbindung an ein Längsdifferential vorliegen kann, über welches eine Verteilung auf mehrere angetriebene Achsen des Kraftfahrzeuges stattfindet. Das Differentialgetriebe bzw. das Längsdifferential kann dabei mit dem Getriebe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Ebenso kann auch ein Torsionsschwingungsdämpfer mit in dieses Gehäuse integriert sein.
Dass zwei Bauelemente des Getriebes drehfest „verbunden“ bzw. „gekoppelt“ sind bzw. „miteinander in Verbindung stehen“, meint im Sinne der Erfindung eine permanente Koppelung dieser Bauelemente, so dass diese nicht unabhängig voneinander rotieren können. Insofern ist zwischen diesen Bauelementen, bei welchen es sich um Elemente des Planetenradsatzysystems und/oder Stirnräder von Stirnradstufen und/oder Wellen und/oder ein Getriebegehäuse handeln kann, kein Schaltelement vorgesehen, sondern die entsprechenden Bauelemente sind starr miteinander gekoppelt.
Ist hingegen ein Schaltelement zwischen zwei Bauelementen vorgesehen, so sind diese Bauelemente nicht permanent drehfest miteinander gekoppelt, sondern eine drehfeste Koppelung wird erst durch Betätigen des zwischenliegenden Schaltelements vorgenommen. Dabei bedeutet eine Betätigung des Schaltelements im Sinne der Erfindung, dass das betreffende Schaltelement in einen geschlossenen Zustand überführt wird und in der Folge die hieran unmittelbar angekoppelten Bauelemente in ihren Drehbewegungen aneinander angleicht. Im Falle einer Ausgestaltung des betreffenden Schaltelements als formschlüssiges Schaltelement werden die hierüber unmittelbar drehfest miteinander verbundenen Bauelemente unter gleicher Drehzahl laufen, während im Falle eines kraftschlüssigen Schaltelements auch nach einem Betätigen desselbigen Drehzahlunterschiede zwischen den Bauelementen bestehen können. Dieser gewollte oder auch ungewollte Zustand wird im Rahmen der Erfindung dennoch als drehfeste Verbindung der jeweiligen Bauelemente über das Schaltelement bezeichnet.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges;
2 eine schematische Darstellung eines Teils des Kraftfahrzeugantriebsstranges aus 1 mit einem Getriebe entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
3 eine schematische Ansicht eines Teils des Kraftfahrzeugantriebsstranges aus 1 mit einem Getriebe gemäß einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung;
4 eine schematische Darstellung eines Teils des Kraftfahrzeugantriebsstranges aus 1 mit einem Getriebe entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
5 eine schematische Ansicht eines Teils des Kraftfahrzeugantriebsstranges aus 1 mit einem Getriebe gemäß einer vierten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung; und
6 ein beispielhaftes Schaltschema der Getriebe aus den 2 bis 5.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges 1 eines Hybridfahrzeuges, wobei in dem Kraftfahrzeugantriebsstrang 1 eine Verbrennungskraftmaschine 2 über einen zwischenliegenden Torsionsschwingungsdämpfer 3 mit einem Getriebe 4 verbunden ist. Dem Getriebe 4 ist abtriebsseitig ein Differentialgetriebe 5 nachgeschaltet, über welches eine Antriebsleistung auf Antriebsräder 6 und 7 einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges verteilt wird. Das Getriebe 4 und der Torsionsschwingungsdämpfer 3 sind dabei in einem gemeinsamen Getriebegehäuse 8 des Getriebes 4 zusammengefasst, in welches dann auch das Differentialgetriebe 5 integriert sein kann. Wie zudem in 1 zu erkennen ist, sind die Verbrennungskraftmaschine 2, der Torsionsschwingungsdämpfer 3, das Getriebe 4 und auch das Differentialgetriebe 5 quer zu einer Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichtet.
Aus 2 geht eine schematische Darstellung eines Teils des Kraftfahrzeugantriebsstranges 1 aus 1 im Bereich des Getriebes 4 hervor, wobei Letzteres entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildet ist. Dabei umfasst das Getriebe 4 eine Antriebswelle 9, eine Eingangswelle 10, eine Abtriebswelle 11 und eine Anschlusswelle 12, die koaxial zueinander angeordnet sind. Die Anschlusswelle 12 ist dabei innerhalb des Kraftfahrzeugantriebsstranges 1 aus 1 mit der Verbrennungskraftmaschine 2 verbunden und liegt als Vollwelle vor. Ebenso ist auch die Eingangswelle 10 des Getriebes 4 als Vollwelle ausgeführt, während die Antriebswelle 9 und auch die Abtriebswelle 11 jeweils als Hohlwellen ausgebildet sind.
Die Antriebswelle 9 ist drehfest mit einem Rotor 13 einer Elektromaschine 14 verbunden, welche ebenfalls koaxial zu der Antriebswelle 9, der Eingangswelle 10, der Abtriebswelle 11 und der Anschlusswelle 12 platziert ist und neben dem Rotor 13 noch einen Stator 15 aufweist. Dieser Stator 15 ist dabei ständig am Getriebegehäuse 8 festgesetzt. Die Elektromaschine 14 kann dabei einerseits als Generator sowie andererseits als Elektromotor betrieben werden. Über den Rotor 13 der Elektromaschine 14 kann die Antriebswelle 9 über eine Schaltkupplung K0 mit dem Torsionsschwingungsdämpfer 3 verbunden werden, welcher im betätigten Zustand der Schaltkupplung K0 dann den Rotor 13 und damit auch die Antriebswelle 9 mit der Anschlusswelle 12 koppelt. Die Schaltkupplung K0 ist im vorliegenden Fall dabei als kraftschlüssige Schaltkupplung ausgeführt, wobei sie konkret als Lamellenkupplung vorliegt.
Wie zudem in 2 zu erkennen ist, kann die Antriebswelle 9 mit der Eingangswelle 10 über eine zwischenliegende Anfahreinrichtung gekoppelt werden, welche als hydrodynamischer Drehmomentwandler 16 ausgeführt ist. Der hydrodynamische Drehmomentwandler 16 setzt sich dabei aus einem Pumpenrad 17, einem Turbinenrad 18 und einem Leitrad 19 zusammen, die jeweils mit je einer - vorliegend nicht weiter dargestellten - Beschaufelung versehen sind und gemeinsam einen zwischenliegenden Torusraum 20 definieren. Dieser Torusraum 20 ist dabei auf dem Fachmann prinzipiell bekannte Art und Weise mit einer Hydraulikflüssigkeit, insbesondere Öl, befüllt bzw. befüllbar, so dass eine Drehbewegung des Pumpenrades 17 über dessen Beschaufelung eine Förderung der Hydraulikflüssigkeit in Richtung der Beschaufelung des Turbinenrades 18 zur Folge hat, welches daraufhin mitgerissen wird. Über die Beschaufelung des Leitrades 19 wird dabei ein Rückstauen der Hydraulikflüssigkeit in Richtung des Turbinenrades 18 und damit eine Drehmomenterhöhung bewirkt.
Während das Pumpenrad 17 drehfest mit der Antriebswelle 9 verbunden ist, steht das Turbinenrad 18 drehfest mit einer Hohlwelle 21 in Verbindung, welche koaxial zu der Antriebswelle 9 und der Eingangswelle 10 angeordnet und über einen zwischenliegenden Torsionsschwingungsdämpfer 22 permanent mit der Eingangswelle 10 gekoppelt ist. Das Leitrad 19 ist dagegen über einen zwischenliegenden Freilauf 23 permanent mit dem Getriebegehäuse 8 gekoppelt. Aufgrund der Anbindung des Leitrates 19 an das Getriebegehäuse 8 über den Freilauf 23 ist der hydrodynamische Drehmomentwandler 16 vorliegend nach Art eines Trilok-Wandlers ausgeführt.
Die Hohlwelle 21 kann über eine Überbrückungskupplung WK drehfest mit dem Rotor 13 und damit auch mit der Antriebswelle 9 verbunden werden, so dass im geschlossenen Zustand der Überbrückungskupplung WK letztendlich auch die Antriebswelle 9 und die Eingangswelle 10 parallel zum hydrodynamischen Drehmomentwandler 16 miteinander gekoppelt sind. Die Überbrückungskupplung WK ist hierbei ebenfalls als kraftschlüssige Kupplung ausgeführt und liegt dabei insbesondere als Lamellenkupplung vor.
Die Abtriebswelle 11 trägt ein Stirnrad 24, dessen Verzahnung eine Abtriebsseite des Getriebes 4 bildet. Dabei ist an dieser Verzahnung bevorzugt ein Zahneingriff mit einem Antriebstellerrad des achsparallel im Kraftfahrzeugantriebsstrang 1 in 1 sitzenden Differentialgetriebes 5 hergestellt.
Wie in 2 zu erkennen ist, umfasst das Getriebe 4 zudem ein Planetenradsatzsystem 25, welches durch einen Ravigneaux-Radsatz 26 und vier Wellen 27, 28, 29 und 30 gebildet ist. Der Ravigneaux-Radsatz 26 setzt sich dabei aus einem ersten Sonnenrad 31, einem zweiten Sonnenrad 32, einem Planetensteg 33 und einem Hohlrad 34 zusammen. An dem Planetensteg 33 sind dabei mindestens ein erstes Planetenrad 35 und mindestens ein zweites Planetenrad 36 jeweils drehbar gelagert, wobei hierbei insbesondere mehrere erste Planetenräder 35 und mehrere zweite Planetenräder 36 vorgesehen sind. Das mindestens eine zweite Planetenrad 36 kämmt hierbei gleichzeitig mit dem Hohlrad 34, dem zweiten Sonnenrad 32 und auch dem mindestens einen ersten Planetenrad 35, welches zusätzlich mit dem ersten Sonnenrad 31 im Zahneingriff steht.
Vorliegend ist das erste Sonnenrad 31 drehfest mit der ersten Welle 27 verbunden, während das zweite Sonnenrad 32 ständig drehfest mit der zweiten Welle 28 in Verbindung steht. Der Planetensteg 33 ist permanent drehfest mit der dritten Welle 29 verbunden, wohingegen das Hohlrad 34 und die vierte Welle 30 ständig drehfest miteinander in Verbindung stehen. Die Wellen 27, 28, 29 und 30 sind vorliegend jeweils als Hohlwellen ausgeführt. Dabei ist die Welle 30 einstückig mit der Abtriebswelle 11 ausgebildet, so dass die Abtriebswelle 11 gleichzeitig auch die Welle 30 des Planetenradsatzsystems 25 darstellt.
Ferner sind dem Planetenradsatzsystem 25 fünf Schaltelemente A, B, C, D und E zugeordnet, von welchen das Schaltelement A bei Betätigung die Welle 27 und damit auch das erste Sonnenrad 31 drehfest mit dem Getriebegehäuse 8 verbindet und damit für ein Festsetzen der Welle 27 am Getriebegehäuse 8 sorgt. Durch Schließen des Schaltelements B wird die Welle 28 und damit das zweite Sonnenrad 32 drehfest mit der Eingangswelle 10 verbunden, wohingegen eine Betätigung des Schaltelements C ein Festsetzen der Welle 28 und damit des zweiten Sonnenrades 32 am Getriebegehäuse 8 nach sich zieht. Das vierte Schaltelement D setzt bei Betätigung die Welle 29 und damit auch den Planetensteg 33 des Ravigneaux-Radsatzes 26 am Getriebegehäuse 8 fest, wobei die Welle 29 über das Schaltelement E durch dessen Betätigung zudem drehfest mit der Eingangswelle 10 verbunden werden kann.
Die Schaltelemente A, C und D sind im vorliegenden Fall jeweils als Bremsen ausgeführt, die bei Betätigung die jeweils zugehörige Welle 27 bzw. 28 bzw. 29 am Getriebegehäuse 8 festsetzen und in der Folge an einer Drehbewegung hindern. Hingegen liegen das Schaltelement B und das Schaltelement E jeweils als Kupplung vor, welche bei Betätigung die jeweils zugeordnete Welle 28 bzw. 29 drehfest mit der Eingangswelle 10 verbindet.
Die Schaltelemente B, C und E sind im vorliegenden Fall jeweils als kraftschlüssige Schaltelemente ausgeführt und liegen konkret als Lamellenschaltelemente vor. Dagegen handelt es sich bei dem Schaltelement A und dem Schaltelement D jeweils um ein formschlüssiges Schaltelement, wobei dieses dabei jeweils insbesondere als unsynchronisiertes Klauenschaltelement ausgebildet ist. Vorliegend sind die Schaltelemente A und D dabei zu einer Schalteinrichtung 37 zusammengefasst, über deren - vorliegend nicht weiter dargestellte - Betätigungseinrichtung aus einer Neutralstellung heraus zum einen das Schaltelement A sowie zum anderen das Schaltelement D in einen jeweils betätigten Zustand überführt werden kann.
Wie in 2 zu erkennen ist, folgen axial auf eine Anbindung der Anschlusswelle 12 an die vorgeschaltete Verbrennungskraftmaschine 2 zunächst die Elektromaschine 14 und axial hiermit überdeckend der Torsionsschwingungsdämpfer 3 sowie die Schaltkupplung K0 und die Überbrückungskupplung WK. Axial benachbart zu der Elektromaschine 14 sind dann der hydrodynamische Drehmomentwandler 16 und im Wesentlichen in einer Ebene hiermit der Torsionsschwingungsdämpfer 22 und der Freilauf 23 vorgesehen. Auf einer, der Anbindung der Anschlusswelle 12 an die Verbrennungskraftmaschine 2 abgewandt liegenden Seite des hydrodynamische Drehmomentwandlers 16 ist dann das Planetenradsatzsystem 25 vorgesehen, wobei zwischen dem hydrodynamischen Drehmomentwandler 16 und dem Planetenradsatzsystem 25 dabei das Schaltelement E, die Schalteinrichtung 37 und auch das die Abtriebsseite des Getriebes 4 bildende Stirnrad 24 vorgesehen sind. Hierbei liegt das Schaltelement E axial benachbart zum hydrodynamischen Drehmomentwandler 16, worauf dann axial die Schalteinrichtung 37 und schließlich das Stirnrad 24 folgen. Das Schaltelements C ist axial im Wesentlichen in einer Ebene mit dem Ravigneaux-Radsatz 26 des Planetenradsatzsystems 25 angeordnet, während das Schaltelement B axial auf einer dem hydrodynamischen Drehmomentwandler 16 abgewandt liegenden Seite des Planetenradsatzsystems 25 vorgesehen ist.
3 zeigt eine schematische Darstellung des Kraftfahrzeugantriebsstranges 1 aus 1, welcher in diesem Fall ein Getriebe 4' entsprechend einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung aufweist. Dabei entspricht dieses Getriebe 4' weitestgehend der Variante nach 2, wobei eine Elektromaschine 14' abweichend mit der Antriebswelle 9 gekoppelt ist. So ist die Elektromaschine 14' achsversetzt zu der Antriebswelle 9 platziert, wobei die Koppelung eines Rotors 13' der Elektromaschine 14' mit der Antriebswelle 9 über eine Stirnradstufe 38 vorgenommen ist, die es sich aus Stirnrädern 39, 40 und 41 zusammensetzt. Das Stirnrad 39 der Stirnradstufe 38 ist hierbei drehfest auf einer Rotorwelle 42 angeordnet, welche eine drehfeste Verbindung des Stirnrades 39 mit dem Rotor 13' der Elektromaschine 14' herstellt. Ein Stator 15' der Elektromaschine 14' ist nach wie vor am Getriebegehäuse 8 festgesetzt.
Das Stirnrad 39 steht mit dem Stirnrad 40 im Zahneingriff, welches zeitgleich auch mit dem Stirnrad 41 kämmt. Letzteres ist dabei drehfest auf der Antriebswelle 9 platziert, so dass die Stirnradstufe 38 die Antriebswelle 9 und die Rotorwelle 42 permanent miteinander koppelt. Radial innenliegend zu dem Stirnrad 41 ist dabei zudem die Schaltkupplung K0 vorgesehen, welche im geschlossenen Zustand unmittelbar für eine drehfeste Verbindung zwischen der Antriebswelle 9 und dem Torsionsschwingungsdämpfer 3 sorgt. Auch die Überbrückungskupplung WK verbindet bei Betätigung nun die Antriebswelle 9 unmittelbar mit der Hohlwelle 21.
Als weiterer Unterschied sind die Schaltelemente A und D wie die Schaltelementen B, C und E nun als kraftschlüssige Schaltelemente ausgeführt, wobei sie bevorzugt als Lamellenschaltelemente vorliegen. Dementsprechend sind die Schaltelemente A und D auch nicht mehr zu einer Schalteinrichtung zusammengefasst, wobei das Schaltelement D und das Schaltelement E vorliegend ineinander geschachtelt sind, indem das Schaltelement E axial im Wesentlichen auf Höhe des Schaltelements D sowie radial innenliegend zu diesem platziert ist. Dagegen ist das Schaltelement A axial zwischen dem Schaltelement D und E einerseits sowie dem Stirnrad 24 der Abtriebswelle 11 andererseits vorgesehen. Ansonsten entspricht die Ausgestaltungsmöglichkeit nach 3 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
Ferner zeigt 4 eine schematische Ansicht eines Teils des Kraftfahrzeugantriebsstranges 1 aus 1 mit einem Getriebe 4", welches entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung ausgestaltet ist. Dabei entspricht diese Ausführungsform weitestgehend der vorhergehenden Variante nach 3, wobei im Unterschied dazu die achsversetzt zu der Antriebswelle 9 liegende Elektromaschine 14' nun axial im Bereich des Planetenradsatzsystems 25 angeordnet ist. Eine Koppelung der Rotorwelle 42 und damit auch des Rotors 13' der Elektromaschine 14' ist dabei erneut über die Stirnradstufe 38 vollzogen. Allerdings erstreckt sich nun die Antriebswelle 9 ausgehend vom hydrodynamischen Drehmomentwandler 16 axial bis zu dem Ende des Getriebes 4", welches der Anbindung der Anschlusswelle 12 an die vorgeschaltete Verbrennungskraftmaschine 2 abgewandt liegt. Dabei ist die Antriebswelle 9 nun überwiegend als Vollwelle ausgeführt, während die Eingangswelle 10 als Hohlwelle axial überdeckend mit der Antriebswelle 9 sowie radial umliegend zu dieser angeordnet ist.
Wie schon bei der Variante nach 2, sind die Schaltelemente A und D als formschlüssige Schaltelemente in Form von unsynchronisierten Klauenschaltelementen ausgeführt und zu der Schalteinrichtung 37 zusammengefasst. Die Schaltkupplung K0 ist ferner axial auf Höhe des Torsionsschwingungsdämpfers 3 sowie radial innenliegend zu diesem platziert. Die Elektromaschine 14' liegt axial auf Höhe des Planetenradsatzsystems 25 und hierbei achsversetzt zu diesem. Ansonsten entspricht die Ausführungsform nach 4 der Variante nach 3, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
Schließlich zeigt 5 eine schematische Darstellung eines Teils des Kraftfahrzeugantriebsstranges 1 aus 1 mit einem Getriebe 4''', wobei dieses Getriebe 4''' gemäß einer vierten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ausgeführt ist. Diese Ausgestaltungsmöglichkeit entspricht dabei erneut im Wesentlichen der Variante nach 3, wobei im Unterschied dazu nun ein Planetenradsatzsystem 25' funktional durch zwei Planetenradsätze 43 und 44 gebildet ist. Die beiden Planetenradsätze 43 und 44 weisen dabei jeweils je ein erstes Element 45 bzw. 46, je ein zweites Element 47 bzw. 48 und je ein drittes Element 49 bzw. 50 auf. Die Planetenradsätze 43 und 44 sind dabei axial auf derselben Höhe angeordnet, wobei der Planetenradsatz 42 dabei radial innenliegend zu dem Planetenradsatz 44 platziert ist. Dabei sind das dritte Element 49 des Planetenradsatzes 43 und das erste Element 46 des Planetenradsatzes 44 einstückig ausgebildet, indem ein Hohlrad 51 das dritte Element 49 des Planetenradsatzes 43 bildet und zudem an einem Außenumfang mit einer weiteren Verzahnung ausgestattet ist. Über diese Verzahnungen bildet das Hohlrad 51 zugleich auch ein Sonnenrad des Planetenradsatzes 44.
Auch das zweite Element 47 des Planetenradsatzes 43 und das zweite Element 48 des Planetenradsatzes 44 sind einstückig durch einen gemeinsamen Planetensteg 52 gebildet, in welchem sowohl Planetenräder 53 des Planetenradsatzes 43, als auch Planetenräder 54 des Planetenradsatzes 44 drehbar gelagert sind. Die Planetenräder 53 kämmen dabei neben dem Hohlrad 51 auch mit einem Sonnenrad 55, welches das erste Element 45 des Planetenradsatzes 43 bildet. Zudem stehen die Planetenräder 54 zum einen mit der am Außenumfang des Hohlrades 51 vorgesehenen Verzahnung sowie zum anderen mit einem Hohlrad 56 jeweils im Zahneingriff, welches das dritte Element 50 des Planetenradsatzes 44 bildet.
Das Hohlrad 51 ist drehfest mit der Welle 27 verbunden, während das Sonnenrad 55 drehfest mit der Welle 28 in Verbindung steht. Dagegen ist die Welle 29 drehfest mit dem Hohlrad 56 verbunden und die Welle 30 drehfest mit dem Planetensteg 52. Als weiterer Unterschied gegenüber der Variante nach 3 liegen nun die Schaltelemente C und B zwischen dem hydrodynamischen Drehmomentwandler 16 und dem Planetenradsatzsystem 25', wobei die Schaltelemente C und B dabei axial im Wesentlichen auf derselben Höhe angeordnet sowie radial ineinander geschachtelt sind. Dabei ist das Schaltelement B radial innenliegend zum Schaltelement C vorgesehen. Das Schaltelement D liegt nun axial auf Höhe des Planetenradsatzsystems 25' sowie radial umliegend zu diesem, während das Schaltelement E axial auf einer dem hydrodynamischen Drehmomentwandler 16 abgewandt liegenden Seite des Planetenradsatzsystems 25' vorgesehen ist. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform nach 5 sonst der Variante nach 3, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
In 6 ist ein beispielhaftes Schaltschema für die Getriebe 4, 4', 4'' und 4''' aus den 2 bis 5 tabellarisch dargestellt. Wie zu erkennen ist, können hierbei unterschiedliche Gänge G1, G2, G3, G4 und G5 realisiert werden, wobei in den Spalten des Schaltschemas mit einem X jeweils gekennzeichnet ist, welches der Schaltelemente A, B, C, D und E jeweils geschlossen ist.
Wie aus 6 hervorgeht, ergibt sich dabei ein erster Gang G1 zwischen der Eingangswelle 10 und der Abtriebswelle 11 durch Betätigen der Schaltelemente A und B, wobei hiervon ausgehend in einen zweiten Gang G2 geschaltet wird, indem das Schaltelement B geöffnet und das Schaltelement E geschlossen wird. Im Weiteren kann dann in einen dritten Gang G3 geschaltet werden, wozu das Schaltelement A zu öffnen und das Schaltelement B in einen betätigten Zustand zu überführen ist. Ausgehend von Gang G3 ergibt sich dann ein vierter Gang G4, indem Schaltelement B geöffnet und Schaltelement C geschlossen wird. Schließlich kann ein fünfter Gang G5 dargestellt werden, wozu ausgehend von Gang G4 sowohl das Schaltelement C, als auch das Schaltelement E zu öffnen und anschließend die Schaltelemente B und D zu betätigen sind.
Die Gänge G1 bis G5 können bei den Getrieben 4, 4', 4'' und 4''' aus den 2 bis 5 jeweils für ein rein elektrisches Fahren über die Elektromaschine 14 bzw. 14' genutzt werden, indem die Antriebswelle 9 entweder über den hydrodynamischen Drehmomentwandler 16 oder durch Betätigen der Überbrückungskupplung WK mit der Eingangswelle 10 gekoppelt ist. Bei Koppelung über den hydrodynamische Drehmomentwandler 16 kann dabei dessen Drehmomenterhöhung auch durch die Elektromaschine 14 bzw. 14' genutzt werden, was insbesondere für die Gestaltung eines rein elektrischen Anfahrens vorteilhaft ist. Durch Schließen der Schaltkupplung K0 kann aber auch die vorgeschaltete Verbrennungskraftmaschine 2 mit der Antriebswelle 9 und dementsprechend auch über den dynamischen Drehmomentwandler 16 bzw. über die betätigte Überbrückungskupplung WK mit der Eingangswelle 10 gekoppelt werden. Insofern kann auch die Verbrennungskraftmaschine 2 die Gänge G1 bis G5 entsprechend für einen Antrieb des Kraftfahrzeuges nutzen. Dabei kann die Elektromaschine 14 bzw. 14' jederzeit unterstützend zugeschaltet werden oder auch permanent gemeinsam mit der Verbrennungskraftmaschine 2 antreiben.
Bei geschlossener Schaltkupplung K0 kann aufgrund der damit einhergehenden Koppelung zwischen der Verbrennungskraftmaschine 2 und der Elektromaschine 14 bzw. 14' auch ein Ladebetrieb verwirklicht werden, indem die dann als Generator arbeitende Elektromaschine 14 bzw. 14' durch die Verbrennungskraftmaschine 2 angetrieben wird, um einen elektrischen Energiespeicher zu laden. Durch einen elektromotorischen Betrieb der Elektromaschine 14 bzw. 14' kann umgekehrt ein Starten der vorgeschalteten Verbrennungskraftmaschine 2 vollzogen werden, wozu die Elektromaschine 14 bzw. 14' die vorgeschaltete Verbrennungskraftmaschine 2 entsprechend antreibt.
Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen eines Getriebes kann ein kompakter Aufbau bei niedrigem Herstellungsaufwand verwirklicht werden, wobei eine geeignete Einbindung einer Elektromaschine erreicht wird.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeugantriebsstrang
2: Verbrennungskraftmaschine
3: Torsionsschwingungsdämpfer
4: Getriebe
4': Getriebe
4'': Getriebe
4''': Getriebe
5: Differentialgetriebe
6: Antriebsrad
7: Antriebsrad
8: Getriebegehäuse
9: Antriebswelle
10: Eingangswelle
11: Abtriebswelle
12: Anschlusswelle
13: Rotor
14: Elektromaschine
15: Stator
13': Rotor
14': Elektromaschine
15': Stator
16: hydrodynamischer Drehmomentwandler
17: Pumpenrades
18: Turbinenrad
19: Leitrad
20: Torusraum
21: Hohlwelle
22: Torsionsschwingungsdämpfer
23: Freilauf
24: Stirnrad
25: Planetenradsatzsystem
25': Planetenradsatzsystem
26: Ravigneaux-Radsatz
27: Welle
28: Welle
29: Welle
30: Welle
31: erstes Sonnenrad
32: zweites Sonnenrad
33: Planetensteg
34: Hohlrad
35: erstes Planetenrad
36: zweites Planetenrad
37: Schalteinrichtung
38: Stirnradstufe
39: Stirnrad
40: Stirnrad
41: Stirnrad
42: Rotorwelle
43: Planetenradsatz
44: Planetenradsatz
45: erstes Element
46: erstes Element
47: zweites Element
48: zweites Element
49: drittes Element
50: drittes Element
51: Hohlrad
52: Planetensteg
53: Planetenräder
54: Planetenräder
55: Sonnenrad
56: Hohlrad
A: Schaltelement
B: Schaltelement
C: Schaltelement
D: Schaltelement
E: Schaltelement
G1: Gang
G2: Gang
G3: Gang
G4: Gang
G5: Gang
K0: Schaltkupplung
WK: Überbrückungskupplung

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 102016211392 A1 [0003]

Claims

Getriebe (4; 4'; 4''; 4''') für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Elektromaschine (14; 14'), eine Antriebswelle (9), eine Eingangswelle (10) und eine Abtriebswelle (11), wobei die Antriebswelle (9) dazu eingerichtet ist, das Getriebe (4; 4'; 4''; 4''') mit einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges zu verbinden, wobei zwischen der Antriebswelle (9) und der Eingangswelle (10) eine Anfahreinrichtung vorgesehen ist, und wobei die Eingangswelle (10) mit der Abtriebswelle (11) über ein Planetenradsatzsystem (25; 25') koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfahreinrichtung als hydrodynamischer Drehmomentwandler (16) ausgeführt ist, und dass ein Rotor (13; 13') der Elektromaschine (14; 14') mit der Antriebswelle (9) in Verbindung steht.
Getriebe (4; 4'; 4''; 4''') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Planetenradsatzsystem (25; 25') vier Wellen (27, 28, 29, 30) zugeordnet sind, von welchen die erste Welle (27) über ein erstes Schaltelement (A) festsetzbar ist, während die zweite Welle (28) mittels eines zweiten Schaltelements (B) drehfest mit der Eingangswelle (10) verbindbar sowie über ein drittes Schaltelement (C) festsetzbar ist, und dass die dritte Welle (29) mittels eines vierten Schaltelements (D) festsetzbar sowie über ein fünftes Schaltelement (E) drehfest mit der Eingangswelle (10) in Verbindung bringbar ist, wohingegen die vierte Welle (30) drehfest mit der Abtriebswelle verbunden oder einstückig mit der Abtriebswelle (11) ausgebildet ist.
Getriebe (4; 4'; 4''; 4''') nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich - ein erster Gang (G1) zwischen der Eingangswelle (10) und der Abtriebswelle (11) durch Betätigen des ersten (A) und des zweiten Schaltelements (B), - ein zweiter Gang (G2) zwischen der Eingangswelle (10) und der Abtriebswelle (11) durch Schließen des ersten (A) und des fünften Schaltelements (E), - ein dritter Gang (G3) zwischen der Eingangswelle (10) und der Abtriebswelle (11) durch Betätigen des zweiten (B) und des fünften Schaltelements (E), - ein vierter Gang (G4) zwischen der Eingangswelle (10) und der Abtriebswelle (11) durch Schließen des dritten (C) und des fünften Schaltelements (E), sowie - ein fünfter Gang (G5) zwischen der Eingangswelle (10) und der Abtriebswelle (11) durch Betätigen des zweiten (B) und des vierten Schaltelements (D) ergibt.
Getriebe (4; 4'; 4'') nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenradsatzsystem (25) als Ravigneaux-Radsatz (26) ausgeführt ist, welcher ein erstes Sonnenrad (31), ein zweites Sonnenrad (32), ein Hohlrad (34) und einen Planetensteg (33) aufweist, wobei der Planetensteg (33) mindestens ein erstes Planetenrad (35) und mindestens ein zweites Planetenrad (36) drehbar gelagert führt, von welchen das mindestens eine erste Planetenrad (35) mit dem ersten Sonnenrad (31) und mit dem mindestens einen zweiten Planetenrad (36) jeweils im Zahneingriff steht, während das mindestens eine zweite Planetenrad (36) neben dem Zahneingriff mit dem mindestens einen ersten Planetenrad (35) noch mit dem zweiten Sonnenrad (32) und dem Hohlrad (34) jeweils kämmt, und wobei das erste Sonnenrad (31) drehfest mit der ersten Welle (27), das zweite Sonnenrad (32) drehfest mit der zweiten Welle (28), der Planetensteg (33) drehfest mit der dritten Welle (29) sowie das Hohlrad (34) drehfest mit der vierten Welle (30) verbunden ist.
Getriebe (4''') nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenradsatzsystem (25') sich zumindest funktional aus einem ersten Planetenradsatz (43) und einem zweiten Planetenradsatz (44) zusammensetzt, wobei jeder der Planetenradsätze (43, 44) je ein erstes Element (45, 46), je ein zweites Element (47, 48) und je ein drittes Element (49, 50) aufweist, wobei das dritte Element (50) des zweiten Planetenradsatzes (44) drehfest mit der dritten Welle (29) verbunden ist und das erste Element (45) des ersten Planetenradsatzes (43) drehfest mit der zweiten Welle (28) in Verbindung steht, wohingegen das zweite Element (47) des ersten Planetenradsatzes (43) und das zweite Element (48) des zweiten Planetenradsatzes (44) drehfest miteinander sowie gemeinsam drehfest mit der vierten Welle (30) verbunden sind, und wobei das dritte Element (49) des ersten Planetenradsatzes (43) und das erste Element (46) des zweiten Planetenradsatzes (44) drehfest miteinander sowie gemeinsam drehfest mit der erste Welle (27) in Verbindung stehen.
Getriebe (4''') nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetenradsatz (43) und der zweite Planetenradsatz (44) axial auf derselben Höhe platziert sind, wobei der erste Planetenradsatz (43) radial innenliegend zu dem zweiten Planetenradsatz (44) angeordnet ist.
Getriebe (4; 4'; 4''; 4''') nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das einzelne Schaltelement (B, C, E; A, B, C, D, E) als kraftschlüssiges Schaltelement, insbesondere als Lamellenschaltelement ausgeführt ist.
Getriebe (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (14) koaxial zu der Antriebswelle (9) angeordnet ist, wobei der Rotor (13) drehfest mit der Antriebswelle (9) verbunden ist.
Getriebe (4'; 4''; 4''') nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (14') achsversetzt zu der Antriebswelle (9) platziert ist, wobei der Rotor (13') der Elektromaschine (14') über mindestens eine Übersetzungsstufe mit der Antriebswelle (9) gekoppelt ist.
Getriebe (4; 4'; 4''; 4''') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (9) über eine Schaltkupplung (K0) mit einer Anschlusswelle (12) verbindbar ist, die dazu eingerichtet ist, das Getriebe (4; 4'; 4''; 4''') mit einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges zu verbinden.
Getriebe (4; 4'; 4''; 4''') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überbrückungskupplung (WK) vorgesehen ist, über welche die Antriebswelle (9) parallel zum hydrodynamischen Drehmomentwandler (16) mit der Eingangswelle (10) verbindbar ist.
Getriebe (4; 4'; 4''; 4''') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (14; 14') axial entweder im Bereich des hydrodynamischen Drehmomentwandlers (16) oder im Bereich des Planetenradsatzsystems (25; 25') angeordnet ist.
Kraftfahrzeugantriebsstrang (1), umfassend ein Getriebe (4; 4'; 4''; 4''') nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12.