DE102020203773A1 - Mehrgängiges Planetengetriebe - Google Patents

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planetary gear
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Stefan Beck
Uwe Griesmeier
Matthias Horn
Johannes Kaltenbach
Fabian Kutter
Thomas Martin
Michael Wechs
Jens Moraw
Gerhard Niederbrucker
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ZF Friedrichshafen AG
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    • B60K6/48—Parallel type
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe (18) für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit: einer ersten Getriebeantriebswelle (22) zum Wirkverbinden einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs mit dem Getriebe; einer zweiten Getriebeantriebswelle (24), die mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) des Kraftfahrzeugs verbindbar ist; zwei gekoppelten Planetenradsätzen (RS1, RS2) mit Planetenradsatzelementen, umfassend jeweils ein Hohlrad (26, 32), einen Planetenradträger (28, 34) und ein Sonnenrad (30, 36); mehreren Wellen, die jeweils mit den Planetenradsatzelementen verbunden sind; mehreren Schaltelementen (A, B, C, D, E) zum Verbinden der mehreren Wellen, um Gangstufen einzurichten; und einem Abtrieb (38), wobei ein zweites Planetenradsatzelement des ersten Planetenradsatzes antriebswirksam mit dem Abtrieb verbunden ist und mittels eines Schaltelements (B) der mehreren Schaltelemente antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle verbindbar ist; ein drittes Planetenradsatzelement des ersten Planetenradsatzes mittels eines Schaltelements (A) der mehreren Schaltelemente festsetzbar ist; die zweite Getriebeantriebswelle antriebswirksam mit einem ersten Planetenradsatzelement oder einem zweiten Planetenradsatzelement des zweiten Planetenradsatzes verbindbar ist; das erste Planetenradsatzelement des zweiten Planetenradsatzes mittels eines Schaltelements (E) der mehreren Schaltelemente antriebswirksam mit dem Abtrieb verbindbar ist; und ein drittes Planetenradsatzelement des zweiten Planetenradsatzes festgesetzt ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einem solchen Getriebe und ein Kraftfahrzeug (10) mit einem solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe, einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einem solchen Getriebe sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang.
  • Fahrzeuge werden zunehmend mit Hybridantrieben, d. h. mit wenigstens zwei verschiedenen Antriebsquellen ausgestattet. Hybridantriebe können zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen beitragen. Es haben sich weitgehend Antriebsstränge mit einem Verbrennungsmotor und einem oder mehreren Elektromotoren als Parallelhybrid oder als Mischhybrid durchgesetzt. Derartige Hybridantriebe weisen im Kraftfluss eine im Wesentlichen parallele Anordnung des Verbrennungsmotors und des Elektroantriebs auf. Hierbei werden sowohl eine Überlagerung der Antriebsmomente als auch eine Ansteuerung mit rein verbrennungsmotorischem Antrieb oder rein elektromotorischem Antrieb ermöglicht. Da sich die Antriebsmomente des Elektroantriebs und des Verbrennungsmotors je nach Ansteuerung addieren können, ist eine vergleichsweise kleinere Auslegung des Verbrennungsmotors und/oder dessen zeitweise Abschaltung möglich. Hierdurch kann eine signifikante Reduzierung der CO2-Emissionen ohne nennenswerte Leistungs- bzw. Komforteinbußen erreicht werden. Die Möglichkeiten und Vorteile eines Elektroantriebs können somit mit den Reichweiten-, Leistungs- und Kostenvorteilen von Brennkraftmaschinen verbunden werden.
  • Ein Nachteil der oben genannten Hybridantriebe besteht in einem im Allgemeinen komplexeren Aufbau, da beide Antriebsquellen vorzugsweise mit nur einem Getriebe Antriebsleistung auf eine Antriebswelle übertragen. Hierdurch sind derartige Getriebe meist aufwendig und kostenintensiv in der Produktion. Eine Reduzierung der Komplexität im Aufbau eines Hybridgetriebes geht meistens mit einer Einbuße an Variabilität einher.
  • Dieser Nachteil kann zumindest teilweise mittels dedizierter Hybridgetriebe oder „Dedicated Hybrid Transmissions“ (DHT) überwunden werden, bei denen eine elektrische Maschine in das Getriebe integriert wird, um den vollen Funktionsumfang darzustellen. Beispielsweise kann im Getriebe insbesondere der mechanische Getriebeteil vereinfacht werden, etwa durch Entfall des Rückwärtsgangs, wobei stattdessen mindestens eine elektrische Maschine genutzt wird.
  • Dedizierte Hybridgetriebe können aus bekannten Getriebekonzepten hervorgehen, also aus Doppelkupplungsgetrieben, Wandler-Planetenradgetrieben, stufenlosen Getrieben (CVT) oder automatisierten Schaltgetrieben. Die elektrische Maschine wird dabei zum Teil des Getriebes.
  • Aus der Druckschrift DE 10 2011 005 531 A1 ist ein Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges bekannt, der einen Verbrennungsmotor mit einer Triebwelle, mindestens eine Elektromaschine mit einem Rotor, ein Schaltgetriebe mit zwei Eingangswellen sowie eine gemeinsame Ausgangswelle aufweist, wobei die erste Eingangswelle mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors verbunden oder verbindbar ist und die zweite Eingangswelle von dem Rotor der Elektromaschine unmittelbar oder mittelbar antreibbar ist. Um einen effizienten Fahrbetrieb bei wahlweise ab- oder angekoppeltem Verbrennungsmotor oder ab- oder angekoppelter Elektromaschine zu ermöglichen, sowie eine kompakte Bauform zu erreichen, sind die beiden Eingangswellen koaxial hintereinander angeordnet, ist die Ausgangswelle koaxial über einer der beiden Eingangswellen angeordnet, und sind mindestens zwei Planetengetriebe mit jeweils zumindest einem Eingangselement und einem Ausgangselement koaxial hintereinander angeordnet, wobei der Verbrennungsmotor wechselseitig über ein erstes Schaltelement mit der zweiten Eingangswelle koppelbar ist oder über ein zweites Schaltelement mit dem Eingangselement des ersten Planetengetriebes koppelbar ist, und wobei die Ausgangselemente der beiden Planetengetriebe mit der Ausgangswelle verbunden sind.
  • Vor diesem Hintergrund stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, ein kompaktes Getriebe zu schaffen, das eine geringe Spreizung der mechanischen Gangstufen aufweist.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Getriebe für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit:
    • einer ersten Getriebeantriebswelle zum Wirkverbinden einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs mit dem Getriebe;
    • einer zweiten Getriebeantriebswelle, die mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs verbindbar ist;
    • zwei gekoppelten Planetenradsätzen mit Planetenradsatzelementen, umfassend jeweils ein Hohlrad, einen Planetenradträger und ein Sonnenrad;
    • mehreren Wellen, die jeweils mit den Planetenradsatzelementen verbunden sind;
    • mehreren Schaltelementen zum Verbinden der mehreren Wellen, um Gangstufen einzurichten; und
    • einem Abtrieb, wobei
    • ein zweites Planetenradsatzelement des ersten Planetenradsatzes antriebswirksam mit dem Abtrieb verbunden ist und mittels eines Schaltelements der mehreren Schaltelemente antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle verbindbar ist;
    • ein drittes Planetenradsatzelement des ersten Planetenradsatzes mittels eines Schaltelements der mehreren Schaltelemente festsetzbar ist;
    • die zweite Getriebeantriebswelle antriebswirksam mit einem ersten Planetenradsatzelement oder einem zweiten Planetenradsatzelement des zweiten Planetenradsatzes verbindbar ist;
    • das erste Planetenradsatzelement des zweiten Planetenradsatzes mittels eines Schaltelements der mehreren Schaltelemente antriebswirksam mit dem Abtrieb verbindbar ist; und
    • ein drittes Planetenradsatzelement des zweiten Planetenradsatzes festgesetzt ist.
  • Die obige Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit:
    • einem Getriebe wie zuvor definiert; und
    • einer Antriebsmaschine, die mit der ersten Getriebeantriebswelle verbindbar ist.
  • Die obige Aufgabe wird schließlich gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit:
    • einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang wie zuvor definiert; 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 den für das Getriebe in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.
  • Mittels der zwei gekoppelten Planetenradsätze können vorzugsweise bis zu vier Übersetzungsstufen für das Getriebe eingerichtet werden. Die zwei gekoppelten Radsätze erlauben eine kompakte Bauweise des Getriebes bei einer geringen Bauteilbelastung. Ferner werden die Übersetzungsstufen mit nur wenigen Eingriffen erreicht, was zu einem guten Verzahnungswirkungsgrad, einer guten Übersetzungsreihe und insbesondere wenig Getriebeverlusten führt. Vorzugsweise ist wenigstens ein Doppelschaltelement möglich, sodass eine Ansteuerung des Getriebes vereinfacht ist. Insbesondere weist das Getriebe eine geringe Spreizung auf. Es sind nur kleine Gangsprünge zwischen den einzelnen Gangstufen des Getriebes vorhanden. Vorzugsweise sind die Gangstufen dabei für höhere Fahrtgeschwindigkeiten ausgelegt, beispielsweise kann die absolute Übersetzung der Gangstufen in etwa den oberen Gängen eines konventionellen Sechsgang-Handschaltgetriebes entsprechen. Vorzugsweise ist die erste Getriebeantriebswelle zum Wirkverbinden mit einer Antriebsmaschine in Form einer Verbrennungsmaschine und/oder einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs ausgebildet.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Getriebeantriebswelle mittels eines Schaltelements der mehreren Schaltelemente antriebswirksam mit dem ersten Planetenradsatzelement des ersten Planetenradsatzes und mit dem zweiten Planetenradsatzelement des zweiten Planetenradsatzes verbindbar. Hierdurch kann technisch einfach eine Anbindung der Antriebsmaschine mit dem Getriebe eingerichtet werden. Insbesondere kann hierdurch technisch einfach eine Verknüpfung der beiden Planetenradsätze erfolgen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Planetenradsatz als Minus-Planetenradsatz ausgebildet, wobei bei dem Minus-Planetenradsatz ein erstes Planetenradsatzelement ein Hohlrad umfasst. Ergänzend umfasst das zweite Planetenradsatzelement einen Planetenradträger. Weiterhin ergänzend umfasst das dritte Planetenradsatzelement ein Sonnenrad .. Es kann ein kompaktes Getriebe geschaffen werden, das sowohl axial als auch radial kompakt baut und dabei eine hohe Variabilität aufweist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Planetenradsatz als Plus-Planetenradsatz ausgebildet, wobei bei dem Plus-Planetenradsatz das erste Planetenradsatzelement einen Planetenradträger umfasst. Ergänzend umfasst das zweite Planetenradsatzelement ein Hohlrad. Weiterhin ergänzend umfasst das dritte Planetenradsatzelement ein Sonnenrad. Hierdurch kann die Kompaktheit des Getriebes weiter verbessert werden. Insbesondere kann eine Verbindungswelle zwischen dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes vorgesehen sein, die den ersten Planetenradsatz und den zweiten Planetenradsatz zumindest teilweise umgibt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der erste Planetenradsatz als Minus-Planetenradsatz ausgebildet. Ergänzend ist der zweite Planetenradsatz als Minus- oder Plus-Planetenradsatz ausgebildet. Hierdurch kann eine vorteilhafte Übersetzung des zweiten Planetenradsatzes erreicht werden. Insbesondere kann das Getriebe eine kurzübersetzte Gangstufe für die erste elektrische Antriebsmaschine bereitstellen, die insbesondere kürzer übersetzt ist als die niedrigste Gangstufe für die Verbrennungsmaschine. Hierdurch kann die erste elektrische Antriebsmaschine vorzugsweise mit weniger Drehmoment und für hohe Drehzahlen ausgelegt werden. Das führt insbesondere zu Kosten- und Bauraumvorteilen. Generell lässt sich jeder Minus-Planetenradsatz in einen Plus-Planetenradsatz überführen, wenn die Steg- und Hohlradanbindung an diesem Radsatz vertauscht und der Betrag der Standübersetzung um 1 erhöht wird.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das erste Planetenradsatzelement des zweiten Planetenradsatzes mittels eines Schaltelements der mehreren Schaltelemente antriebswirksam mit dem Abtrieb verbindbar. Ergänzend ist ein erstes Planetenradsatzelement des ersten Planetenradsatzes antriebswirksam mit dem zweiten Planetenradsatzelement des zweiten Planetenradsatzes verbunden. Weiterhin ergänzend sind diese beiden Planetenradsatzelemente mittels eines Schaltelements der mehreren Schaltelemente antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle verbindbar. Hierdurch kann technisch einfach eine Kopplung der beiden Planetenradsätze erreicht werden. Ferner kann durch Einlegen eines einzigen Schaltelements das Getriebe quasi überbrückt werden und eine Direktgangstufe für die erste elektrische Antriebsmaschine eingerichtet werden. Vorzugsweise ist das erste Planetenradsatzelement des zweiten Planetenradsatzes antriebswirksam mit der zweiten Getriebeantriebswelle verbunden. Ferner ist vorzugsweise zumindest ein weiteres Schaltelement eingelegt, um in dem Teil des Getriebes, das keine Antriebskraft überträgt, definierte Drehzahlen der Getriebebauteile einzurichten.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Getriebe ein Schaltelement auf, das dazu ausgebildet ist, die erste Getriebeantriebswelle antriebswirksam mit dem dritten Planetenradsatzelement des ersten Planetenradsatzes zu verbinden, um ein elektrodynamisches Anfahrelement zu bilden. Hierdurch kann technisch einfach ein elektrodynamisches Anfahrelement, EDA, eingerichtet werden. Insbesondere ist hierdurch ein Anfahren mit Antriebsleistung der Verbrennungsmaschine möglich, ohne eine Reibkupplung im Getriebe vorzusehen. Der Fahrkomfort mit einem solchen Getriebe ist erhöht.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das erste Planetenradsatzelement des zweiten Planetenradsatzes über eine als Hohlwelle ausgebildete Verbindungswelle mit dem Abtrieb verbindbar. Ergänzend umgibt die Verbindungswelle den ersten Planetenradsatz zumindest abschnittsweise. Hierdurch kann die Kompaktheit des Getriebes weiter erhöht werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Getriebeantriebswelle mit der Antriebsmaschine antriebswirksam verbindbar, vorzugsweise mittels einer Antriebsmaschinenkupplung mit einem Schaltelement. Hierdurch kann insbesondere im Falle einer Antriebsmaschine in Form einer Verbrennungsmaschine erreicht werden, dass für eine rein elektrische Fahrt mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine die Verbrennungsmaschine entkoppelt wird. Folglich wird die Verbrennungsmaschine nicht unnötig mitgeschleppt. Es kann ein hocheffizienter rein elektrischer Fahrbetrieb mit dem Getriebe eingerichtet werden. Vorzugsweise kann das Schaltelement der Antriebsmaschinenkupplung als Klauenschaltelement ausgebildet sein, da eine Drehzahlregelung der Verbrennungsmaschine oder der ersten elektrischen Antriebsmaschine eine Synchronisation des Schaltelements der Antriebsmaschinenkupplung erlaubt.
  • Bevorzugt sind die Planetenradsätze zur Realisierung von mindestens drei, und insbesondere vier, mechanischen Vorwärtsgangstufen ausgebildet. Ergänzend oder alternativ ist eine antriebswirksame Verbindung der Verbrennungsmaschine mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine durch Schalten eines Schaltelements der mehreren Schaltelemente einrichtbar. Bei dieser Verbindung ist der Abtrieb vorzugsweise stillstehend. Hierdurch kann mit dem Getriebe ein Laden in Neutral eingerichtet werden. Ferner kann ein kompaktes, höchst variables und komfortables Getriebe geschaffen werden. Insbesondere kann eine Bauteilbelastung der im Getriebe verbauten Bauteile geringgehalten werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die mehreren Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Ergänzend oder alternativ sind wenigstens zwei der Schaltelemente als Doppelschaltelement ausgebildet und von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar. Ein Doppelschaltelement ermöglicht es, das Getriebe mit wenigen Bauteilen aufzubauen, da zur Betätigung eines Doppelschaltelements, also beispielsweise zum Einlegen von zwei Gangstufen, nur ein Aktor verwendet werden muss. Ferner ist die Ansteuerung des Getriebes vereinfacht. Das Getriebe baut kompakt, also mit weniger Bauraumbedarf. Das Getriebe kann durch die Verwendung von formschlüssigen Schaltelementen mit weniger Verlust, also effizienter, ausgeführt sein. Ferner führt die Verwendung von formschlüssigen Schaltelementen zu einem kosteneffizienteren Getriebe.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste elektrische Antriebsmaschine als Koaxialmaschine ausgebildet. Ergänzend sind der erste Planetenradsatz, der zweite Planetenradsatz und/oder zwei Schaltelemente axial und/oder radial innerhalb der ersten elektrischen Antriebsmaschine angeordnet. Hierdurch kann die Kompaktheit des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs erhöht werden. Es kann ein kompakter und dabei hoch effizienter Kraftfahrzeug-Antriebsstrang geschaffen werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die zweite elektrische Antriebsmaschine als Startergenerator zum Starten der Verbrennungsmaschine ansteuerbar. Ergänzend oder alternativ ist die zweite elektrische Antriebsmaschine als Ladegenerator zum Laden eines Energiespeichers ansteuerbar. Weiterhin ergänzend oder alternativ ist die zweite elektrische Antriebsmaschine als Generator zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine bei einem seriellen Fahrmodus ansteuerbar. Hierdurch kann der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang effizient betrieben werden. Der Kraftstoffverbrauch kann reduziert werden. Insbesondere kann auf einen zusätzlichen Anlasser für die Verbrennungsmaschine verzichtet werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste elektrische Antriebsmaschine als elektrodynamisches Anfahrelement und/oder als ein Stützkraftmittel bei Gangwechseln der Antriebsmaschine ansteuerbar. Hierdurch können mit dem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang rein elektrische Lastschaltungen eingerichtet werden. Mittels einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine kann die zur Verfügung stehende elektrische Antriebsleistung erhöht werden, insbesondere wenn die beiden elektrischen Antriebsmaschinen gemeinsam zum Antreiben verwendet werden. Ferner kann eine im Hybridbetrieb erreichbare Reichweite erhöht werden. Die zweite elektrische Antriebsmaschine kann beispielsweise die Verbrennungsmaschine starten. Zudem ist ein serieller Fahrbetrieb einrichtbar, bei dem die Verbrennungsmaschine die zweite elektrische Antriebsmaschine generatorisch betreibt und die so erzeugte Energie der ersten elektrischen Antriebsmaschine bereitgestellt wird.
  • Unter Standladen bzw. Laden in Neutral ist insbesondere 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.
  • Ein Aktor ist vorliegend insbesondere 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.
  • Ein Festsetzen eines Elements eines Planetenradsatzes ist insbesondere als ein Blockieren einer Drehung des Elements um seine Rotationsachse zu verstehen. Vorzugsweise wird dabei das Element mittels eines Schaltelements drehfest mit einem statischen Bauteil wie einem Rahmen und/oder einem Getriebegehäuse verbunden. Es ist auch denkbar, das Element bis zu einem Stillstand zu bremsen.
  • Ein Verblocken eines Planetenradsatzes umfasst ein antriebswirksames Verbinden zweier Zahnräder und/oder des Planetenradträgers und eines Zahnrads des Planetenradsatzes, sodass diese gemeinsam mit der gleichen Umdrehungszahl um denselben Punkt, vorzugsweise den Mittelpunkt des Planetenradsatzes, rotieren. Beim Verblocken zweier Zahnräder und/oder eines Planetenradträgers und eines Zahnrads des Planetenradsatzes wirkt der Planetenradsatz vorzugsweise wie eine Welle, es findet insbesondere keine Übersetzung im Planetenradsatz statt.
  • Ein Gangstufenwechsel erfolgt insbesondere durch Abschalten eines Schaltelementes und/oder einer Kupplung und gleichzeitiges Aufschalten des Schaltelementes und/oder der Kupplung für die nächsthöhere oder -niedrigere Gangstufe. Das zweite Schaltelement und/oder die zweite Kupplung übernimmt also Stück für Stück das Drehmoment vom ersten Schaltelement und/oder der ersten Kupplung, bis am Ende des Gangstufenwechsels das gesamte Drehmoment vom zweiten Schaltelement und/oder der zweiten Kupplung übernommen wird. Bei vorheriger Synchronisation kann ein Gangwechsel schneller erfolgen, vorzugsweise können dabei formschlüssige Schaltelemente Anwendung finden.
  • Eine Verbrennungsmaschine kann insbesondere 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 elektrodynamisches Anfahrelement, EDA, bewirkt, dass über einen oder mehrere Planetenradsätze eine Drehzahlüberlagerung von Verbrennungsmaschinen-Drehzahl und elektrischer Antriebsmaschinen-Drehzahl stattfindet, sodass ein Anfahren eines Kraftfahrzeugs aus dem Stillstand bei laufender Verbrennungsmaschine, vorzugsweise ohne Reibkupplung, möglich ist. Dabei stützt die elektrische Antriebsmaschine ein Drehmoment ab. Vorzugsweise ist die Verbrennungsmaschine nicht mehr durch eine Anfahrkupplung oder dergleichen vom Getriebe trennbar. Durch Verwenden eines EDAs können vorzugsweise Anlasser, Generator und Anfahrkupplung beziehungsweise hydrodynamischer Wandler entfallen. Dabei baut ein EDA insbesondere so kompakt, dass alle Komponenten im serienmäßigen Kupplungsgehäuse ohne Verlängerung des Getriebes Platz finden. Das elektrodynamische Anfahrelement kann beispielsweise über einen weich abgestimmten Torsionsdämpfer fest mit einer Verbrennungsmaschine und insbesondere einem Schwungrad einer Verbrennungsmaschine verbunden sein. Somit können die elektrische Antriebsmaschine und die Verbrennungsmaschine wahlweise gleichzeitig oder alternativ betrieben werden. Hält das Kraftfahrzeug an, können elektrische Antriebsmaschine und Verbrennungsmaschine abgeschaltet werden. Aufgrund einer guten Regelbarkeit der elektrischen Antriebsmaschine wird eine sehr hohe Anfahrqualität erreicht, die der eines Antriebs mit Wandlerkupplung entsprechen kann.
  • Bei einer sogenannten elektrodynamischen Schaltung, EDS, findet wie beim EDA-Anfahren über einen oder mehrere Planetenradsätze eine Drehzahlüberlagerung von Verbrennungsmaschinen-Drehzahl und elektrischer Antriebsmaschinen-Drehzahl statt. Zum Schaltungsbeginn werden die Drehmomente der elektrischen Antriebsmaschine und der Verbrennungsmaschine angepasst, sodass das auszulegende Schaltelement lastfrei wird. Nach dem Öffnen dieses Schaltelements erfolgt eine Drehzahlanpassung unter Erhaltung der Zugkraft, sodass das einzulegende Schaltelement synchron wird. Nach dem Schließen des Schaltelements erfolgt die Lastaufteilung zwischen der Verbrennungsmaschine und der elektrischen Antriebsmaschine beliebig je nach Hybrid-Betriebsstrategie. Das elektrodynamische Schaltverfahren hat den Vorteil, dass das zu schaltende Schaltelement des Zielgangs durch das Zusammenspiel der elektrischen Antriebsmaschine und der Verbrennungsmaschine synchronisiert wird, wobei die elektrische Antriebsmaschine vorzugsweise präzise regelbar ist. Ein weiterer Vorteil des EDS-Schaltverfahrens ist, dass eine hohe Zugkraft erreicht werden kann, da sich die Drehmomente der Verbrennungsmaschine und der elektrischen Maschine im Getriebe summieren.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang;
    • 2 eine schematische Darstellung einer Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes;
    • 3 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes;
    • 4a, 4b schematisch die Schaltzustände der Getriebe gemäß den 2 und 3;
    • 5 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes;
    • 6 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes;
    • 7 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes;
    • 8 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes;
    • 9 schematisch die Schaltzustände der Elektrogangstufen des Getriebes gemäß den 7 und 8;
    • 10 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes;
    • 11 schematisch die Schaltzustände der Elektrogangstufen des Getriebes gemäß der 10;
    • 12 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes;
    • 13 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes;
    • 14 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes;
    • 15 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes;
    • 16 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes; und
    • 17 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes.
  • In 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 gezeigt. Der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 weist eine erste elektrische Antriebsmaschine 14 und eine Antriebsmaschine in Form einer Verbrennungsmaschine 16 auf, die mittels eines Getriebes 18 mit einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs 10 verbunden sind. Der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 weist ferner eine zweite elektrische Antriebsmaschine auf, die vorzugsweise mittels eines weiteren Getriebes mit einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs 10 wirkverbunden ist und eine elektrische Achse 21 bilden. Mittels des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 wird Antriebsleistung der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 und der Verbrennungsmaschine 16 den Rädern des Kraftfahrzeugs 10 zugeführt. Ferner weist das Kraftfahrzeug 10 einen Energiespeicher 20 auf, um Energie zu speichern, die beispielsweise zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 und der elektrischen Achse 21 dient.
  • In 2 ist eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes 18 gezeigt. Das Getriebe 18 weist eine erste Getriebeantriebswelle 22 auf, die als Vollwelle ausgebildet ist und mit einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs 10 verbindbar ist. Das Getriebe 18 weist ferner eine zweite Getriebeantriebswelle 24 auf, die mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 verbunden ist.
  • Ferner umfasst das Getriebe 18 einen ersten Planetenradsatz RS1 und einen zweiten Planetenradsatz RS2. Der erste Planetenradsatz RS1 weist ein erstes Planetenradsatzelement in Form eines Hohlrads 26, ein zweites Planetenradsatzelement in Form eines Planetenradträgers 28 und ein drittes Planetenradsatzelement in Form eines Sonnenrads 30 auf.
  • Der zweite Planetenradsatz RS2 weist ein erstes Planetenradsatzelement in Form eines Hohlrads 32, ein zweites Planetenradsatzelement in Form eines Planetenradträgers 34 und ein drittes Planetenradsatzelement in Form eines Sonnenrads 36 auf.
  • Das Sonnenrad 30 des ersten Planetenradsatzes RS1 ist mittels eines ersten Schaltelements A festsetzbar, also antriebswirksam mit einem gehäusefesten Bauteil verbindbar. Der Planetenradträger 28 des ersten Planetenradsatzes RS1 ist antriebswirksam mit einem Abtrieb 38 des Getriebes verbunden und kann mittels eines zweiten Schaltelements B antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle 22 verbunden werden.
  • Das zweite Schaltelement B ist mit einem dritten Schaltelement C zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst, wobei das dritte Schaltelement C den Planetenradträger 34 des zweiten Planetenradsatzes RS2 und das Hohlrad 26 des ersten Planetenradsatzes RS1 antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle 22 verbinden kann. Der Planetenradträger 34 des zweiten Planetenradsatzes RS2 ist folglich antriebswirksam mit dem Hohlrad 26 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden.
  • Das Sonnenrad 36 des zweiten Planetenradsatzes RS2 ist festgesetzt, also mit einem gehäusefesten Bauteil verbunden. Die zweite Getriebeantriebswelle 24 ist mit dem Hohlrad 32 des zweiten Planetenradsatzes RS2 antriebswirksam verbunden.
  • Ferner ist die zweite Getriebeantriebswelle 24 durch Schließen eines fünften Schaltelements E antriebswirksam mit dem Abtrieb 38 verbindbar. Der Abtrieb 38 ist dabei in axialer Richtung zwischen dem ersten Schaltelement A und dem fünften Schaltelement E angeordnet.
  • In 3 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Variante ist ein viertes Schaltelement D vorgesehen, das dazu ausgebildet ist, das Sonnenrad 30 des ersten Planetenradsatzes RS1 antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle 22 zu verbinden. Das vierte Schaltelement D ist mit dem ersten Schaltelement A zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst. Durch das antriebswirksame Verbinden des Sonnenrads 30 des ersten Planetenradsatzes RS1 mit der ersten Getriebeantriebswelle 22 kann ein elektrodynamisches Anfahrelement, EDA, eingerichtet werden.
  • In 4a sind schematisch die Schaltzustände der Getriebe 18 gemäß den 2 und 3 gezeigt. In einer Schaltmatrix 40 sind die Schaltzustände bezüglich der Gangstufen 1 bis 3 und der Zusatzgangstufe ZG gezeigt. In der ersten Spalte der Schaltmatrix 40 sind die Gangstufen benannt. In der zweiten bis sechsten Spalte sind die Schaltzustände der Schaltelemente A bis E gezeigt, wobei ein „X“ bedeutet, dass das jeweilige Schaltelement geschlossen ist, also die zugeordneten Getriebebauteile antriebswirksam miteinander verbindet. Sofern kein Eintrag vorhanden ist, ist davon auszugehen, dass das entsprechende Schaltelement offen ist, also keine Antriebsleistung überträgt.
  • Zum Einrichten der ersten Gangstufe des Getriebes 18 sind folglich das erste Schaltelement A und das dritte Schaltelement C zu schließen. Die Gangstufe 2.1 ist durch Schließen des ersten Schaltelements A und des zweiten Schaltelements B einrichtbar. Die Gangstufe 2.2 ist durch Schließen des zweiten Schaltelements B und des fünften Schaltelements E einrichtbar. Die Gangstufe 2.3 ist durch Schließen des zweiten Schaltelements B und des dritten Schaltelements C einrichtbar, sofern diese nicht in einem Doppelschaltelement zusammengefasst sind. Ein Schließen des zweiten Schaltelements B und des vierten Schaltelements D richtet die Gangstufe 2.4 ein. Ein Schließen des dritten Schaltelements C und des vierten Schaltelements D richtet die Gangstufe 2.5 ein. Die Gangstufe 3 kann durch Schließen des dritten Schaltelements C und des fünften Schaltelements E eingerichtet werden. Die Zusatzgangstufe kann durch Schließen des vierten Schaltelements D und des fünften Schaltelements E eingerichtet werden.
  • In 4b ist eine Schaltmatrix 42 bezüglich der Elektrogangstufen E01 und E2 und eines elektrodynamischen Anfahrens vorwärts EDA-V gezeigt. Zum Einrichten des elektrodynamischen Anfahrens ist das vierte Schaltelement D zu schließen. Die Elektrogangstufe E01 ist durch Schließen des ersten Schaltelements A einrichtbar. Ein Schließen des fünften Schaltelements E richtet die Elektrogangstufe E2 ein.
  • E01 entspricht dabei einer Gangstufe, die kürzer ist als die erste mechanische bzw. verbrennungsmotorische Gangstufe. Die Übersetzung der Gangstufe E2 entspricht dabei der Übersetzung der zweiten mechanischen bzw. verbrennungsmotorischen Gangstufe.
  • Ein elektrisches Fahren in der Gangstufe E01 ist durch Schließen des ersten Schaltelements A einrichtbar. Hierbei ist die erste elektrische Antriebsmaschine 14 mit einer konstanten Übersetzung mit dem Abtrieb 38 verbunden. Rein elektrisch wird dann mit einer Übersetzung gefahren, die kürzer ist als die erste verbrennungsmotorische Gangstufe. Da für eine hybride Gangstufe zwei Schaltelemente geschlossen werden müssen, kann zum rein elektrischen Fahren lediglich ein Schaltelement geschlossen werden, ohne dass die Verbrennungsmaschine 16 angekoppelt wird. Vom ersten rein elektrischen Betrieb ausgehend kann die Verbrennungsmaschine 16 in die mechanischen Gänge 1 und 2.1 zugestartet werden, weil in diesen mechanischen Gängen das erste Schaltelement A jeweils geschlossen ist.
  • Die konstante Übersetzung der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 wird über beide Planetenradsätze RS1, RS2 eingerichtet. Insbesondere findet beim zweiten Planetenradsatz RS2 eine Übersetzung vom Hohlrad 32 auf den Planetenradträger 34 statt, wobei der Planetenradträger 34 antriebswirksam mit dem Hohlrad 26 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden ist. Im Planetenradsatz RS1 findet dann eine weitere Übersetzung vom Hohlrad 26 auf den Planetenradträger 28 statt, der antriebswirksam mit dem Abtrieb 38 verbunden ist.
  • Durch das Schließen des fünften Schaltelements E ist die erste elektrische Antriebsmaschine 14 direkt mit dem Abtrieb 38 verbunden. Rein elektrisch kann dann mit einer Übersetzung gefahren werden, die dem zweiten mechanischen bzw. zweiten verbrennungsmotorischen Gang entspricht, der einen Direktgang umfasst. Da für einen hybriden zweiten Gang zwei Schaltelemente geschlossen werden müssen, kann zum rein elektrischen Fahren lediglich ein Schaltelement geschlossen werden, ohne dass die Verbrennungsmaschine 16 angekoppelt wird. Vom zweiten rein elektrischen Betrieb ausgehend kann die Verbrennungsmaschine 16 in den Gangstufen 2.2 und 3 und die Zusatzgangstufe ZG zugestartet werden, weil das fünfte Schaltelement E in diesen Gangstufen jeweils geschlossen ist.
  • Ist das vierte Schaltelement D geschlossen, entsteht ein elektrodynamischer Anfahrelementzustand, kurz EDA-Zustand, an dem ersten Planetenradsatz RS1. Die Verbrennungsmaschine 16 treibt dann das Sonnenrad 30 des ersten Planetenradsatzes RS1 an, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine 14 über die konstante Übersetzung des zweiten Planetenradsatzes RS2 am Hohlrad 26 des ersten Planetenradsatzes RS1 das Drehmoment der Verbrennungsmaschine 16 abstützt. Der Planetenradträger 28 des ersten Planetenradsatzes RS1 ist mit dem Abtrieb 38 verbunden. In diesem Zustand ist ein EDA-Anfahren vorwärts EDA-V möglich. Der EDA-Modus kann in den mechanischen Gang 2.4, 2.5 oder in die Zusatzgangstufe ZG münden, da das vierte Schaltelement D in diesen Gangstufen geschlossen ist.
  • Ferner kann auf diese Art auch zwischen diesen Gangstufen gewechselt werden. Die Zusatzgangstufe ZG weist eine Übersetzung auf, die in etwa dem ersten mechanischen Gang entspricht. Aus dem mechanischen Gang 2.4 kann in die mechanische Gangstufe 2.1 oder in die mechanische Gangstufe 2.2 gewechselt werden, wenn die Drehzahl der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 angepasst werden soll oder wenn eine Lastschaltung vorbereitet werden soll. Der Wechsel erfolgt im Hintergrund durch Öffnen und Synchronisieren mittels der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 und Schließen eines lastfreien Schaltelements, da nur das zweite Schaltelement B durch die Verbrennungsmaschine 16 belastet wird.
  • Ferner ist auch bei einem reinen verbrennungsmotorischen Betrieb vorzugsweise zumindest ein weiteres Schaltelement eingelegt, um in dem Teil des Getriebes 18, das keine Antriebskraft überträgt, definierte Drehzahlen der Getriebebauteile einzurichten.
  • Mit dem Getriebe 18 sind insbesondere die folgenden Lastschaltungen möglich: Abtriebsgestützt durch die erste elektrische Antriebsmaschine 14, wenn das erste Schaltelement A geschlossen bleibt, kann vom mechanischen Gang in die Gangstufe 2.1 gewechselt werden. Ferner kann abtriebsgestützt durch die erste elektrische Antriebsmaschine 14, wenn das fünfte Schaltelement E geschlossen bleibt, von der mechanischen Gangstufe 2.2 in die mechanische Gangstufe 3 gewechselt werden.
  • Eine Synchronisation des bei einer Schaltung zu schaltenden Schaltelements kann durch eine Drehzahlregelung der Verbrennungsmaschinendrehzahl, durch synchronisierte Schaltelemente oder durch eine zentrale Synchronisierung, wie beispielsweise eine Getriebebremse oder eine zweite elektrischen Antriebsmaschine, erfolgen.
  • Ferner kann eine Trennkupplung mit einem Schaltelement K0 für die Verbrennungsmaschine 16 vorgesehen sein, um eine Trägheitsmasse der Verbrennungsmaschine 16 während der Synchronisation abzukoppeln. Zur Unterstützung der Synchronisation kann optional eine zweite elektrische Antriebsmaschine verwendet werden, die direkt oder indirekt mit der ersten Getriebeantriebswelle 22 wirkverbunden ist. Im zweiten mechanischen Gang kann von der Gangstufe 2.1 auf die Gangstufe 2.2 gewechselt werden, wobei die Verbrennungsmaschine 16 die Zugkraft aufrechterhält. In diesem Fall bleibt das zweite Schaltelement B geschlossen. Das lastfreie erste Schaltelement A und das lastfreie fünfte Schaltelement E werden gewechselt, wobei eine Synchronisation mithilfe der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 erfolgt. Auf diese Weise kann die Schaltung von der Gangstufe 2.2 in die Gangstufe 3 vorbereitet werden.
  • Eine Drehzahlabsenkung der Drehzahl der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 im mechanischen und/oder hybriden Betrieb kann wie folgt durchgeführt werden. Nach einer elektrisch gestützten Schaltung von der ersten mechanischen Gangstufe in die zweite mechanische Gangstufe oder nach einem Zustart der Verbrennungsmaschine 16 in der zweiten mechanischen Gangstufe ergibt sich ein hybrides Fahren in der Gangstufe 2.1, bei der das erste Schaltelement A, welches für die vorausgegangene elektrische Zugkraftstützung bzw. für den vorausgegangenen rein elektrischen Fahrbetrieb geschlossen ist, zunächst geschlossen bleibt. Zur Absenkung der Drehzahl der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 in der zweiten Gangstufe bei höheren Fahrgeschwindigkeiten kann von der Gangstufe 2.1 in die Gangstufe 2.2 umgeschaltet werden, da hier die erste elektrische Antriebsmaschine 14 eine geringere Drehzahl aufweist als in der Gangstufe 2.1. Diese Umschaltung erfolgt unter Erhaltung der Zugkraft durch die Verbrennungsmaschine 16, wobei das zweite Schaltelement B geschlossen bleibt. Ein lastfreies Schaltelement, vorzugsweise das erste Schaltelement A, wird ausgelegt und ein anderes lastfreies Schaltelement, vorzugsweise das fünfte Schaltelement E, wird eingelegt. Eine Drehzahlanpassung erfolgt durch Drehzahlregelung mittels der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14. Wird hierfür die Gangstufe 2.2 verwendet, ergibt sich der Vorteil, dass die Verbrennungsmaschine 16 einerseits durch Öffnen des zweiten Schaltelements B auch ohne eine zusätzliche Trennkupplung jederzeit vom Getriebe 18 abgekoppelt werden kann, während die erste elektrische Antriebsmaschine 14 das Kraftfahrzeug 10 antreibt oder bremst und dabei vorzugsweise Rekuperation betreibt. Andererseits kann bei langsamer Fahrt des Kraftfahrzeugs 10 eine Rückschaltung von der zweiten Gangstufe in die erste Gangstufe vorbereitet werden, indem von der Gangstufe 2.2 in die Gangstufe 2.1 gewechselt wird, während die Verbrennungsmaschine 16 die Zugkraft erhält, wobei das zweite Schaltelement B geschlossen bleibt. In der Gangstufe 2.1 ist das erste Schaltelement A geschlossen, welches benötigt wird, um bei der Rückschaltung von der zweiten Gangstufe in die erste Gangstufe mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 die Zugkraft zu stützen.
  • Durch Schließen des dritten Schaltelements C kann die erste elektrische Antriebsmaschine 14 mit der Verbrennungsmaschine 16 verbunden werden, ohne dass ein Kraftschluss zum Abtrieb 38 hergestellt wird. Mit anderen Worten befindet sich das Getriebe 18 dann in Neutral. Die zweite Getriebeantriebswelle 24 dreht dann schneller als die erste Getriebeantriebswelle 22, da über die konstante Übersetzung des zweiten Planetenradsatzes RS2 ins Schnelle übersetzt wird. In diesem Zustand kann die Verbrennungsmaschine 16 mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 gestartet werden. Ferner kann die erste elektrische Antriebsmaschine 14 generatorisch betrieben werden und so eine Bordnetzversorgung oder ein Laden des Energiespeichers 20 bewirken.
  • Vorzugsweise sind die Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente, wie beispielsweise Klauenschaltelemente, ausgeführt, um keine Schleppverluste zu erleiden. Ferner können zwei Schaltelemente zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst werden. Das ist insbesondere dann möglich, wenn diese Schaltelemente eine gemeinsame Welle aufweisen und beide Schaltelemente nicht in einem Gang gleichzeitig geschaltet werden müssen. Eine sinnvolle Kombination ist zum Beispiel eine Kombination des ersten Schaltelements A und des fünften Schaltelements E sowie des zweiten Schaltelements B und des dritten Schaltelements C, wobei hier die Gangstufe 2.3 nicht mehr geschaltet werden kann. Ferner können das erste Schaltelement A und das vierte Schaltelement D zu einem Doppelschaltelement kombiniert werden.
  • In 5 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Variante ist der zweite Planetenradsatz RS2 als Plus-Planetenradsatz ausgebildet. Ferner ist die zweite Getriebeantriebswelle 24 antriebswirksam mit dem Planetenradträger 34 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden. Zudem ist das Hohlrad 32 des zweiten Planetenradsatzes RS2 antriebswirksam mit dem Hohlrad 26 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden, wobei die beiden Hohlräder 32, 26 durch Schließen des dritten Schaltelements C antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle 22 verbindbar sind.
  • In 6 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 5 gezeigten Variante ist ein viertes Schaltelement D vorgesehen, das die erste Getriebeantriebswelle 22 antriebswirksam mit dem Sonnenrad 30 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbinden kann, um ein elektrodynamisches Anfahrelement zu schaffen.
  • In 7 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Variante ist die zweite Getriebeantriebswelle 24 antriebswirksam mit dem Planetenradträger 34 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden. Das Hohlrad 32 des zweiten Planetenradsatzes RS2 ist mittels des fünften Schaltelements E antriebswirksam mit dem Abtrieb 38 verbindbar.
  • In 8 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 7 gezeigten Varianten weist das Getriebe 18 der 8 das vierte Schaltelement D auf, das die erste Getriebeantriebswelle 22 antriebswirksam mit dem Sonnenrad 30 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbinden kann, um ein elektrodynamisches Anfahrelement zu bilden.
  • In 9 sind in einer Schaltmatrix 44 die Schaltzustände der Elektrogangstufen und des EDA-Modus der Ausführungsformen von Getrieben 18 gemäß den 7 und 8 gezeigt. Der EDA-Modus, insbesondere ein EDA-Anfahren vorwärts, ist durch Schlie-ßen des vierten Schaltelements D einrichtbar. Die Elektrogangstufe E1 ist durch Schließen des ersten Schaltelements A einrichtbar. Eine Elektrogangstufe E3 ist durch Schließen des fünften Schaltelements E einrichtbar, wobei die Elektrogangstufe E1 der ersten mechanischen Gangstufe 1 und die Übersetzung der Elektrogangstufe E3 der Übersetzung der dritten mechanischen Gangstufe 3 entspricht.
  • In 10 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 3 gezeigten Variante ist eine zweite elektrische Antriebsmaschine 46 vorgesehen, die antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle 22 verbunden ist. Ferner ist die erste Getriebeantriebswelle 22 nicht mehr dazu ausgebildet, mit einer Verbrennungsmaschine 16 verbunden zu werden. Das Getriebe 18 gemäß der 10 stellt somit ein reines Elektrogetriebe dar. Die erste elektrische Antriebsmaschine 14 und die zweite elektrische Antriebsmaschine 46 sind dabei als Koaxialmaschinen ausgebildet. Mit einem derartigen Getriebe 18 sind insbesondere rein elektrische Lastschaltungen möglich, bei denen die zweite elektrische Antriebsmaschine 46 die Funktion der Verbrennungsmaschine 16 übernimmt. Insbesondere ist in Summe mehr elektrische Antriebsleistung möglich, da die beiden elektrischen Antriebsmaschinen 14, 46 kombiniert Antriebsleistung bereitstellen können.
  • In 11 sind in einer Schaltmatrix 48 die Schaltzustände der Elektrogangstufen E01 für die erste elektrische Antriebsmaschine 14, die Elektrogangstufe E2 für die erste elektrische Antriebsmaschine 14 und die Elektrogangstufe E2 für die zweite elektrische Antriebsmaschine 46 dargestellt. Zum Einlegen der Elektrogangstufe E01 für die erste elektrische Antriebsmaschine 14 ist das erste Schaltelement A zu schlie-ßen. Die zweite Elektrogangstufe E2 kann für die erste elektrische Antriebsmaschine 14 durch Schließen des fünften Schaltelements E eingerichtet werden. Die Elektrogangstufe E2 kann für die zweite elektrische Antriebsmaschine 46 durch Schließen des zweiten Schaltelements B eingerichtet werden.
  • In 12 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 10 gezeigten Variante ist die erste Getriebeantriebswelle 22 mit der Verbrennungsmaschine 16 verbunden. Das Getriebe 18 gemäß der 12 stellt folglich ein Hybridgetriebe mit zwei elektrischen Antriebsmaschinen 14, 46 dar. Die Schaltzustände des Getriebes 18 gemäß der 12 sind dabei durch die Schaltmatrizen 40, 42 der 4a und 4b beschreibbar, wobei die mechanischen Gangstufen der Schaltmatrix 40 als Hybridgangstufen anzusehen sind. Mit einem derartigen Getriebe 18 ist ein vorteilhafter Hybridbetrieb möglich. Insbesondere kann ein serieller Fahrbetrieb eingerichtet werden, sodass batterieunabhängig elektrisch gefahren werden kann. Ferner kann die zweite elektrische Antriebsmaschine 46 die Verbrennungsmaschine 16 bei der Synchronisation des ersten Schaltelements und/oder des zweiten Schaltelements B unterstützen. Zudem kann die zweite elektrische Antriebsmaschine 46 die Verbrennungsmaschine 16 starten.
  • In 13 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes 18 gezeigt. Das Getriebe 18 entspricht dabei im Wesentlichen der in 12 gezeigten Variante. In Kraftflussrichtung zwischen der Verbrennungsmaschine 16 und der zweiten elektrischen Antriebsmaschine 46 ist eine Verbrennungsmaschinenkupplung mit einem Schaltelement K0 vorgesehen, sodass die Verbrennungsmaschine 16 durch Öffnen des Schaltelements K0 der Verbrennungsmaschinenkupplung von dem Getriebe 18 getrennt werden kann. Mit anderen Worten ist zum Einrichten eines reinen Elektrobetriebs das Schaltelement K0 der Verbrennungsmaschinenkupplung zu öffnen. Die Schaltzustände ergeben sich dann analog zu der in 10 gezeigten Variante. Durch Schließen des Schaltelements K0 der Verbrennungsmaschinenkupplung können die Schaltzustände analog zu der in 12 gezeigten Variante beschrieben werden. Mit einem derartigen Getriebe 18 sind insbesondere rein elektrische Lastschaltungen möglich, bei denen die zweite elektrische Antriebsmaschine 46 die Funktionen der Verbrennungsmaschine 16 übernimmt, wenn das Schaltelement K0 der Verbrennungsmaschinenkupplung geöffnet ist. Ferner kann die zweite elektrische Antriebsmaschine 46 die Verbrennungsmaschine 16 bei der Synchronisation des ersten Schaltelements A und/oder des zweiten Schaltelements B unterstützen, sofern das Schaltelement K0 der Verbrennungsmaschinenkupplung geschlossen ist. In Summe ist mehr elektrische Antriebsleistung möglich, da die erste elektrische Antriebsmaschine 14 und die zweite elektrische Antriebsmaschine 46 kombiniert elektrische Antriebsleistung in das Getriebe 18 übertragen können. Mit dem gezeigten Getriebe 18 ist ein Hybridbetrieb möglich. Ferner kann die zweite elektrische Antriebsmaschine 46 die Verbrennungsmaschine 16 starten und/oder das Schaltelement K0 der Verbrennungsmaschinenkupplung synchronisieren. Ein batterieunabhängiger serieller Fahrmodus ist einrichtbar, bei dem die Verbrennungsmaschine 16 die zweite elektrische Antriebsmaschine 46 generatorisch betreibt und die so erzeugte Energie der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 zur Verfügung gestellt wird.
  • Wie bereits beschrieben, kann durch das zusätzliche vierte Schaltelement D ein elektrodynamischer Anfahrmodus, EDA-Modus, erzeugt werden. Ferner ist ein rein elektrischer EDA-Modus einrichtbar, bei dem EDS-Schaltungen möglich sind. Hierzu ist das Schaltelement K0 der Verbrennungsmaschinenkupplung zu öffnen und das vierte Schaltelement D zu schließen. Mit anderen Worten sind die Elektrogangstufen der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 untereinander lastschaltbar. Vorteilhaft ist hierbei, dass die erste elektrische Antriebsmaschine 14 auch während der Schaltungen den größten Teil der Antriebsleistung beiträgt und die zweite elektrische Antriebsmaschine 46 daher kleiner dimensioniert werden kann, beispielsweise kann die zweite elektrische Antriebsmaschine für nur ein Drittel der Leistung der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 ausgelegt werden.
  • Zudem ist ein rein elektrisches elektrodynamisches Anfahren möglich, hierzu ist ebenfalls das Schaltelement K0 der Verbrennungsmaschinenkupplung zu öffnen und das vierte Schaltelement D zu schließen. Vorteilhaft ist hierbei insbesondere, dass mit hohem Drehmoment bei sehr niedrigen Fahrgeschwindigkeiten auch für längere Zeit gefahren werden kann, ohne dass es zu einer Überhitzung einer der elektrischen Antriebsmaschinen 14, 46 oder eines Wechselrichters für die elektrischen Antriebsmaschinen 14, 46 kommt, da die beiden elektrischen Antriebsmaschinen 14, 46 bei geeignet hohen Drehzahlen betrieben werden können. Mit anderen Worten wird ein Betrieb der elektrischen Antriebsmaschinen 14, 46 mit niedrigen Drehzahlen vermieden. Da für die EDS-Schaltungen das erste Schaltelement A und das vierte Schaltelement D nicht zu einem Doppelschaltelement kombiniert werden können, ist es bei der Verwendung von zwei elektrischen Antriebsmaschinen 14, 46 vorteilhaft, das erste Schaltelement A mit dem fünften Schaltelement E zu einem Doppelschaltelement zu kombinieren bzw. mit einem Aktuator zu betätigen.
  • In 14 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 3 gezeigten Variante ist die erste elektrische Antriebsmaschine 14 als achsparallele Antriebsmaschine ausgebildet und durch ein kämmendes Zahnradpaar antriebswirksam mit dem Getriebe 18 verbunden.
  • In 15 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 14 gezeigten Variante ist die erste elektrische Antriebsmaschine 14 durch ein Zugmittelgetriebe wie ein Ketten- und/oder Zahnriemen antriebswirksam mit dem Getriebe 18 verbunden.
  • In 16 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 8 gezeigten Variante ist die erste elektrische Antriebsmaschine 14 als achsparallele elektrische Antriebsmaschine ausgebildet und mittels eines kämmenden Zahnradpaares mit dem Getriebe 18 verbunden.
  • In 17 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 16 gezeigten Variante ist die erste elektrische Antriebsmaschine 14 über ein Zugmittelgetriebe, wie eine Kette oder einen Zahnriemen, an das Getriebe 18 angebunden.
  • 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. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Kraftfahrzeug
    12
    Kraftfahrzeug-Antriebsstrang
    14
    erste elektrische Antriebsmaschine
    16
    Verbrennungsmaschine
    18
    Getriebe
    20
    Energiespeicher
    21
    elektrische Achse
    22
    erste Getriebeantriebswelle
    24
    zweite Getriebeantriebswelle
    26
    Hohlrad
    28
    Planetenradträger
    30
    Sonnenrad
    32
    Hohlrad
    34
    Planetenradträger
    36
    Sonnenrad
    38
    Abtrieb
    40
    Schaltmatrix
    42
    Schaltmatrix
    44
    Schaltmatrix
    46
    zweite elektrische Antriebsmaschine
    48
    Schaltmatrix
    A - E
    Schaltelemente
    K0
    Schaltelemente der Verbrennungsmaschinenkupplung
    RS1
    erster Planetenradsatz
    RS2
    zweiter Planetenradsatz
  • 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 102011005531 A1 [0006]

Claims (15)

  1. Getriebe (18) für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit: einer ersten Getriebeantriebswelle (22) zum Wirkverbinden einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs mit dem Getriebe; einer zweiten Getriebeantriebswelle (24), die mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) des Kraftfahrzeugs verbindbar ist; zwei gekoppelten Planetenradsätzen (RS1, RS2) mit Planetenradsatzelementen, umfassend jeweils ein Hohlrad (26, 32), einen Planetenradträger (28, 34) und ein Sonnenrad (30, 36); mehreren Wellen, die jeweils mit den Planetenradsatzelementen verbunden sind; mehreren Schaltelementen (A, B, C, D, E) zum Verbinden der mehreren Wellen, um Gangstufen einzurichten; und einem Abtrieb (38), wobei ein zweites Planetenradsatzelement des ersten Planetenradsatzes antriebswirksam mit dem Abtrieb verbunden ist und mittels eines Schaltelements (B) der mehreren Schaltelemente antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle verbindbar ist; ein drittes Planetenradsatzelement des ersten Planetenradsatzes mittels eines Schaltelements (A) der mehreren Schaltelemente festsetzbar ist; die zweite Getriebeantriebswelle antriebswirksam mit einem ersten Planetenradsatzelement oder einem zweiten Planetenradsatzelement des zweiten Planetenradsatzes verbindbar ist; das erste Planetenradsatzelement des zweiten Planetenradsatzes mittels eines Schaltelements (E) der mehreren Schaltelemente antriebswirksam mit dem Abtrieb verbindbar ist; und ein drittes Planetenradsatzelement des zweiten Planetenradsatzes festgesetzt ist.
  2. Getriebe (18) nach Anspruch 1, wobei die erste Getriebeantriebswelle (22) mittels eines Schaltelements (C) der mehreren Schaltelemente antriebswirksam mit einem ersten Planetenradsatzelement des ersten Planetenradsatzes und mit dem zweiten Planetenradsatzelement des zweiten Planetenradsatzes verbindbar ist.
  3. Getriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Planetenradsatz (RS1, RS2) der gekoppelten Planetenradsätze als Minus-Planetenradsatz ausgebildet ist, das erste Planetenradsatzelement des Minus-Planetenradsatzes ein Hohlrad (26) umfasst; das zweite Planetenradsatzelement des Minus-Planetenradsatzes einen Planetenradträger (28) umfasst; und das dritte Planetenradsatzelement des Minus-Planetenradsatzes ein Sonnenrad (30) umfasst..
  4. Getriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Planetenradsatz (RS1, RS2) der gekoppelten Planetenradsätze als Plus-Planetenradsatz ausgebildet ist, das erste Planetenradsatzelement des Plus-Planetenradsatzes einen Planetenradträger (34) umfasst; das zweite Planetenradsatzelement des Plus-Planetenradsatzes ein Hohlrad (32) umfasst; und das dritte Planetenradsatzelement des Plus-Planetenradsatzes ein Sonnenrad (36) umfasst.
  5. Getriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Planetenradsatz (RS1) als Minus-Planetenradsatz ausgebildet ist; und der zweite Planetenradsatz (RS2) als Minus- oder Plus-Planetenradsatz ausgebildet ist.
  6. Getriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste Planetenradsatzelement des zweiten Planetenradsatzes (RS2) mittels eines Schaltelements (E) der mehreren Schaltelemente antriebswirksam mit dem Abtrieb (38) verbindbar ist; und ein erstes Planetenradsatzelement des ersten Planetenradsatzes (RS1) antriebswirksam mit dem zweiten Planetenradsatzelement des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist und diese beiden Planetenradsatzelemente mittels eines Schaltelements (C) der mehreren Schaltelemente antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle (22) verbindbar sind.
  7. Getriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem Schaltelement (D), das dazu ausgebildet ist, die erste Getriebeantriebswelle (22) antriebswirksam mit dem dritten Planetenradsatzelement des ersten Planetenradsatzes (RS1) zu verbinden, um ein elektrodynamisches Anfahrelement zu bilden.
  8. Getriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste Planetenradsatzelement des zweiten Planetenradsatzes (RS2) über eine als Hohlwelle ausgebildete Verbindungswelle mit dem Abtrieb (38) verbindbar ist; und die Verbindungswelle den ersten Planetenradsatz (RS1) zumindest abschnittsweise umgibt.
  9. Getriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Getriebeantriebswelle (22) mit der Antriebsmaschine antriebswirksam verbindbar ist, vorzugsweise mittels einer Antriebsmaschinenkupplung mit einem Schaltelement (K0).
  10. Getriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mehreren Schaltelemente (A, B, C, D, E) als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet sind; und/oder wenigstens zwei der Schaltelemente als Doppelschaltelement ausgebildet sind und von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar sind.
  11. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) für ein Kraftfahrzeug, mit: einem Getriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche; und einer Antriebsmaschine, die mit der ersten Getriebeantriebswelle (22) verbindbar ist.
  12. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach Anspruch 11, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine (14) als Koaxialmaschine ausgebildet ist; und der erste Planetenradsatz (RS1), der zweite Planetenradsatz (RS2) und/oder zwei Schaltelemente (B, C) axial und/oder radial innerhalb der ersten elektrischen Antriebsmaschine angeordnet ist.
  13. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach Anspruch 12, wobei die zweite elektrische Antriebsmaschine (46) als Startergenerator zum Starten der Verbrennungsmaschine (16) ansteuerbar ist; als Ladegenerator zum Laden eines Energiespeichers (20) ansteuerbar ist; und/oder als Generator zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) bei einem seriellen Fahrmodus ansteuerbar ist.
  14. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine (14) als elektrodynamisches Anfahrelement und/oder als ein Stützkraftmittel bei Gangwechseln der Antriebsmaschine ansteuerbar ist.
  15. Kraftfahrzeug (10) mit: einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der Ansprüche 11 bis 14; und einem Energiespeicher (20) zum Speichern von Energie zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) und/oder der zweiten elektrischen Antriebsmaschine (46).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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