DE102021205941B4 - Getriebe, Kraftfahrzeugantriebsstrang sowie Verfahren zum Betreiben eines Getriebes - Google Patents

Getriebe, Kraftfahrzeugantriebsstrang sowie Verfahren zum Betreiben eines Getriebes Download PDF

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    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/46—Gearings having only two central gears, connected by orbital gears
    • F16H3/48—Gearings having only two central gears, connected by orbital gears with single orbital gears or pairs of rigidly-connected orbital gears
    • F16H3/52—Gearings having only two central gears, connected by orbital gears with single orbital gears or pairs of rigidly-connected orbital gears comprising orbital spur gears
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • B60K6/26—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the motors or the generators
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    • B60K2006/381—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the driveline clutches characterized by driveline brakes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/50—Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/54—Transmission for changing ratio
    • B60K2006/541—Transmission for changing ratio without reverse ratio using instead electric reversing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

Getriebe (4) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine erste Eingangswelle (9), eine zweite Eingangswelle (10) und eine Ausgangswelle (14), wobei die erste Eingangswelle (9) dazu ausgebildet ist, das Getriebe (4) mit einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges zu verbinden, wobei die zweite Eingangswelle (10) mit einem Rotor (11) einer Elektromaschine (12) gekoppelt ist, wobei ein erster Planetenradsatz (17) und ein zweiter Planetenradsatz (18) vorgesehen sind, die jeweils je ein erstes Element (19, 20), je ein zweites Element (21, 22) und je ein drittes Element (23, 24) in Form je eines Sonnenrades (25, 26), je eines Planetenstegs (27, 28) und je eines Hohlrades (29, 30) aufweisen, und wobei ein erstes Schaltelement (U) und ein zweites Schaltelement (D) vorgesehen sind,- wobei die erste Eingangswelle (9) über das erste Schaltelement (U) drehfest mit dem ersten Element (19) des ersten Planetenradsatzes (17) verbindbar sowie mittels des zweiten Schaltelements (D) drehfest mit der Ausgangswelle (14) in Verbindung bringbar ist,- wobei das zweite Element (21) des ersten Planetenradsatzes (17) drehfest mit dem dritten Element (24) des zweiten Planetenradsatzes (18) verbunden ist,- wobei das dritte Element (23) des ersten Planetenradsatzes (17) festgesetzt ist,- wobei die zweite Eingangswelle (10) drehfest mit dem ersten Element (20) des zweiten Planetenradsatzes (18) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle (14) drehfest mit dem zweiten Element (22) des zweiten Planetenradsatzes (18) in Verbindung steht, wobei die Ausgangswelle (14) über eine Stirnradstufe (31) mit einer Abtriebsseite (36) gekoppelt ist und wobei die Stirnradstufe (31) durch ein drehfest auf der Ausgangswelle (14) vorgesehenes, erstes Stirnrad (34) und ein mit diesem im Zahneingriff stehendes, zweites Stirnrad (33) gebildet ist, welches drehfest auf einer Vorgelegewelle (16) angeordnet ist, die mit der Abtriebsseite (36) gekoppelt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine erste Eingangswelle, eine zweite Eingangswelle und eine Ausgangswelle, wobei die erste Eingangswelle dazu ausgebildet ist, das Getriebe mit einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges zu verbinden, wobei die zweite Eingangswelle mit einem Rotor einer Elektromaschine gekoppelt ist, wobei ein erster Planetenradsatz und ein zweiter Planetenradsatz vorgesehen sind, die jeweils je ein erstes Element, je ein zweites Element und je ein drittes Element in Form je eines Sonnenrades, je eines Planetenstegs und je eines Hohlrades aufweisen, und wobei ein erstes Schaltelement und ein zweites Schaltelement vorgesehen sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Kraftfahrzeugantriebsstrang sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Getriebes.
  • 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 2014 220 971 A1 geht ein Getriebe hervor, welches eine erste Eingangswelle und eine zweite Eingangswelle aufweist, die über ein Schaltelement drehfest miteinander verbindbar sind. An der zweiten Eingangswelle ist dabei ein Rotor einer Elektromaschine drehfest angebunden, während die erste Eingangswelle für die Verbindung mit einer dem Getriebe vorgeschalteten Antriebsmaschine vorgesehen ist. Außerdem weist das Getriebe zwei Planetenradsätze auf, die sich jeweils aus je einem ersten Element, je einem zweiten Element und je einem dritten Element in Form von jeweils einem Sonnenrad, jeweils einen Planetensteg und jeweils einem Hohlrad zusammensetzen. Des Weiteren sind mehrere Schaltelemente vorgesehen, durch deren selektive Betätigung unterschiedliche Kraftflussführungen von einer oder auch beiden Eingangswellen gemeinsam über die Planetenradsätze zu einer Abtriebsseite verwirklicht werden können.
  • Aus der DE 10 2017 222 705 A1 geht ferner ein Getriebe hervor, umfassend eine Elektromaschine, eine erste Antriebswelle, eine zweite Antriebswelle, eine Abtriebswelle, sowie einen ersten Planetenradsatz und einen zweiten Planetenradsatz. Die Planetenradsätze umfassen jeweils mehrere Elemente, wobei ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Schaltelement vorgesehen sind. Ein Rotor der Elektromaschine steht mit der zweiten Antriebswelle in Verbindung. Die erste Antriebswelle ist über das erste Schaltelement drehfest mit der Abtriebswelle sowie mittels des zweiten Schaltelements drehfest mit der zweiten Antriebswelle verbindbar. Die zweite Antriebswelle steht drehfest mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes und dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes in Verbindung. Die ist Abtriebswelle über das dritte Schaltelement drehfest mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes verbindbar. Das erste Element des ersten Planetenradsatzes ist festgesetzt. Bei dem zweiten Planetenradsatz besteht eine erste Koppelung des ersten Elements des zweiten Planetenradsatzes mit der Abtriebswelle und eine zweite Koppelung des dritten Elements des zweiten Planetenradsatzes mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes, wobei von diesen Koppelungen eine Koppelung als permanent drehfeste Verbindung vorliegt, während bei der noch verbleibenden Koppelung eine drehfeste Verbindung mittels des vierten Schaltelements herstellbar ist.
  • Die Dokumente DE 10 2017 222 717 A1 , DE 10 2018 202 584 A1 , US 2007 / 010 364 A1 sowie DE 10 2011 087 995 A1 zeigen ebenfalls gattungsgemäße Hybrid-Antriebssysteme mit zwei Planetenradstufen.
  • 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 über das Getriebe Hybridfunktionen realisierbar sein sollen.
  • 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. Zudem betreffen die Ansprüche 14 bis 16 jeweils je ein Verfahren zum Betreiben eines Getriebes.
  • Gemäß der Erfindung umfasst ein Getriebe eine erste Eingangswelle, eine zweite Eingangswelle und eine Ausgangswelle, von welchen die erste Eingangswelle dazu ausgebildet ist, das Getriebe mit einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges zu verbinden. Dagegen ist die zweite Eingangswelle mit einem Rotor einer Elektromaschine gekoppelt. Zudem sind ein erster Planetenradsatz und ein zweiter Planetenradsatz vorgesehen, die jeweils je ein erstes Element, je ein zweites Element und je ein drittes Element in Form je eines Sonnenrades, je eines Planetenstegs und je eines Hohlrades aufweisen. Außerdem verfügt das erfindungsgemäße Getriebe über ein erstes Schaltelement und ein zweites Schaltelement.
  • 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 des Getriebes und der beiden Planetenradsätze angeordnet sind. Unter „radial“ ist dann jeweils eine Orientierung in Durchmesserrichtung einer jeweiligen Komponente des Getriebes zu verstehen.
  • Das erfindungsgemäße Getriebe verfügt über eine Elektromaschine, was das Getriebe für die Anwendung bei einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug geeignet macht.
  • Dabei ist dann ein Rotor der Elektromaschine an der zweiten Eingangswelle unmittelbar oder mittelbar angebunden, wobei die Elektromaschine dabei im Rahmen der Erfindung bevorzugt einerseits als Generator sowie andererseits als Elektromotor betrieben werden kann. Unter einer „Koppelung“ des Rotors der Elektromaschine mit der zweiten Eingangswelle ist im Sinne der Erfindung eine Verbindung zwischen diesen zu verstehen, so dass zwischen dem Rotor der Elektromaschine und der zweiten Eingangswelle eine gleichbleibende Drehzahlabhängigkeit vorherrscht. Besonders bevorzugt ist bei dem erfindungsgemäßen Getriebe genau eine Elektromaschine vorgesehen.
  • Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die erste Eingangswelle über das erste Schaltelement drehfest mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden sowie mittels des zweiten Schaltelements drehfest mit der Ausgangswelle in Verbindung gebracht werden kann. Zudem ist das zweite Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden, wohingegen das dritte Element des ersten Planetenradsatzes festgesetzt ist. Ferner ist die zweite Eingangswelle drehfest mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden, während die Ausgangswelle drehfest mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes in Verbindung steht.
  • Mit anderen Worten ist also bei dem erfindungsgemäßen Getriebe das zweite Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden, wohingegen das dritte Element des ersten Planetenradsatzes festgesetzt ist und damit permanent an einer Drehbewegung gehindert wird. Ferner steht die zweite Eingangswelle ständig drehfest mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes in Verbindung, während zwischen der Ausgangswelle und dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes eine permanente drehfeste Verbindung besteht.
  • Ein Schließen des ersten Schaltelements hat eine drehfeste Verbindung zwischen der ersten Eingangswelle und dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes zur Folge, wohingegen das zweite Schaltelement in dessen betätigten Zustand für eine drehfeste Verbindung zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle sorgt. Im letztgenannten Fall kann dadurch eine Kraftflussführung von der ersten Eingangswelle auf die Ausgangswelle unter Umgehung beiden Planetenradsätze verwirklicht werden.
  • Die beiden Eingangswellen und die Ausgangswelle liegen bevorzugt koaxial zueinander, wobei die Ausgangswelle und die beiden Eingangswellen dabei insbesondere jeweils als Hohlwellen ausgeführt sind, welche radial umliegend sowie axial abschnittsweise überdeckend zu einer Vollwelle angeordnet sind, über welche durch Schließen des ersten Schaltelements die drehfeste Verbindung zwischen der ersten Eingangswelle und dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes hergestellt wird.
  • In axialer Richtung liegen die beiden Planetenradsätze insbesondere hinsichtlich einer Anbindung der ersten Eingangswelle an die vorgeschaltete Antriebsmaschine in der Reihenfolge zweiter Planetenradsatz und dann erster Planetenradsatz.
  • Bei dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement handelt es sich im vorliegenden Fall um Kupplungen, die bei Betätigung die hieran jeweils unmittelbar angebundenen Komponenten des Getriebes gegebenenfalls unter einem vorherigen Abbau von Drehzahldifferenzen drehfest miteinander verbinden.
  • Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Getriebes hat dabei den Vorteil, dass insgesamt ein kompakt bauendes Getriebe realisiert werden kann, welches sich zudem durch einen niedrigen Herstellungsaufwand auszeichnet. Eine Anbindung der ersten Eingangswelle an die vorgeschaltete Antriebsmaschine kann dabei ohne Zwischenschaltung eines Anfahrelements erfolgen, da ein Anfahren über die vorgeschaltete Antriebsmaschine unter Zuhilfenahme der Elektromaschine dargestellt werden kann.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Getriebe können unterschiedliche Betriebsmodi und auch Hybridfunktionen verwirklicht werden. So kann das erfindungsgemäße Getriebe so betrieben werden, dass ein Ladebetrieb oder ein Startbetrieb realisiert wird, wozu das erste Schaltelement geschlossen wird. Denn hierdurch sind die Eingangswelle und damit auch die an der ersten Eingangswelle angebundene Antriebsmaschine und die Elektromaschine über die beiden Planetenradsätze miteinander gekoppelt, indem die erste Eingangswelle über den ersten Planetenradsatz an dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes angebunden und die Elektromaschine über die zweite Eingangswelle mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist, während die Ausgangswelle über das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes abstützt. Im generatorischen Betrieb der Elektromaschine kann hierdurch der Ladebetrieb verwirklicht werden, wobei dies besonders vorteilhaft im Stillstand des Kraftfahrzeuges möglich ist, da in diesem Fall auch das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes über den Abtrieb und damit die hieran angebundene Masse des Kraftfahrzeuges an einer Drehbewegung gehindert wird. In einem elektromotorischen Betrieb der Elektromaschine kann hierdurch aber auch ein Starten der vorgeschalteten Antriebsmaschine vollzogen werden.
  • Als weiterer Betriebsmodus kann zudem ein leistungsverzweigtes Fahren realisiert werden. Dazu wird wie beim Lade- oder Startbetrieb das erste Schaltelement geschlossen, so dass die Antriebsmaschine über den ersten Planetenradsatz das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes antreibt und gleichzeitig die Elektromaschine am ersten Element des zweiten Planetenradsatzes abstützt oder antreibt, während ein Abtrieb über das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes auf die Ausgangswelle erfolgt. Bei einem Abstützen des Drehmoments über die Elektromaschine kann dabei so ein Anfahren für Vorwärtsfahrt dargestellt werden. Zudem kann während der Fahrt des Kraftfahrzeuges ein gleichzeitiges, leistungsverzweigtes Antreiben über die Antriebsmaschine und die Elektromaschine stattfinden, wobei der zweite Planetenradsatz hierbei als Summierstufe zum Aufsummieren der Antriebsleistungen von Antriebsmaschine und Elektromaschine dient. Im Zuge dieser Leistungsverzweigung kann die Elektromaschine dabei, ggf. auch in Zusammenspiel mit einem Schleppbetrieb der vorgeschalteten Antriebsmaschine, als Generator betrieben und damit zum Bremsen genutzt werden. Wird dagegen das zweite Schaltelement geschlossen und hierdurch die erste Eingangswelle drehfest mit der Ausgangswelle verbunden, so kann ein reines Fahren über die vorgeschaltete Antriebsmaschine stattfinden.
  • Besonders bevorzugt ist das erste Element des ersten Planetenradsatzes das Sonnenrad, das zweite Element des ersten Planetenradsatzes bei Ausführung des ersten Planetenradsatzes als Minus-Planetensatz der Planetensteg und bei Ausführung des ersten Planetenradsatzes als Plus-Planetensatz das Hohlrad, sowie das dritte Element des ersten Planetenradsatzes bei Ausführung des ersten Planetenradsatzes als Minus-Planetensatz das Hohlrad und bei Ausführung des ersten Planetenradsatzes als Plus-Planetensatz der Planetensteg. Ist der erste Planetenradsatz also als Minus-Planetensatz verwirklicht, so handelt es sich bei dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes um das Sonnenrad, bei dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes um den Planetensteg und bei dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes um das Hohlrad. Liegt der erste Planetenradsatz dagegen als Plus-Planetensatz vor, so ist das erste Element des ersten Planetenradsatzes als Sonnenrad, das zweite Element des ersten Planetenradsatzes als Hohlrad und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes als Planetensteg verwirklicht.
  • Alternativ oder ergänzend dazu ist das erste Element des zweiten Planetenradsatzes das Sonnenrad, das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes bei Ausführung des zweiten Planetenradsatzes als Minus-Planetensatz der Planetensteg und bei Ausführung des zweiten Planetenradsatz als Plus-Planetensatz das Hohlrad, sowie das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes bei Ausführung des zweiten Planetenradsatzes als Minus-Planetensatz das Hohlrad und bei Ausführung des zweiten Planetenradsatzes als Plus-Planetensatz der Planetensteg. Ist der zweite Planetenradsatz also als Minus-Planetensatz verwirklicht, so handelt es sich bei dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes um das Sonnenrad, bei dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes um den Planetensteg und bei dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes um das Hohlrad. Liegt der zweite Planetenradsatz hingegen als Plus-Planetensatz vor, so ist das erste Element des zweiten Planetenradsatzes als Sonnenrad, das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes als Hohlrad und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes als Planetensteg ausgeführt.
  • Im Sinne der Erfindung ist bei einem Minus-Planetensatz in dem jeweiligen Planetensteg mindestens ein, bevorzugt aber mehrere Planetenräder drehbar gelagert, die im Einzelnen jeweils sowohl mit dem jeweiligen Sonnenrad, als auch dem jeweils umliegenden Hohlrad kämmen. Im Unterschied dazu lagert ein jeweiliger Planetensteg im Falle der Ausführung als Plus-Planetensatz mindestens ein Planetenradpaar, bei welchem das eine Planetenrad mit dem jeweiligen, innenliegenden Sonnenrad und das andere Planetenrad mit dem jeweiligen, umliegenden Hohlrad im Zahneingriff steht, sowie die Planetenräder untereinander kämmen.
  • Wo es eine Anbindung der einzelnen Elemente zulässt, kann ein Minus-Planetensatz in einen Plus-Planetensatz überführt werden, wobei dann gegenüber der Ausführung als Minus-Planetensatz die Hohlrad- und die Planetensteganbindung miteinander zu tauschen, sowie eine Standübersetzung des jeweiligen Planetenradsatzes um Eins zu erhöhen ist. Umgekehrt könnte auch ein Plus-Planetensatz durch einen Minus-Planetensatz ersetzt werden, sofern die Anbindung der Elemente des Getriebes dies ermöglicht. Dabei wären dann im Vergleich zu dem Plus-Planetensatz ebenfalls die Hohlrad- und die Planetensteganbindung miteinander zu tauschen, sowie eine Standübersetzung des jeweiligen Planetenradsatzes um Eins zu reduzieren.
  • Erfindungsgemäß ist die Ausgangswelle über eine Stirnradstufe mit einer Abtriebsseite gekoppelt. Bevorzugt ist an der Abtriebsseite dabei eine Koppelung mit einem achsparallel zu den Eingangswellen und der Ausgangswelle des Getriebes angeordneten Differentialgetriebe hergestellt. Dabei liegt die Abtriebsseite bevorzugt axial zwischen einer Anschlussstelle der ersten Eingangswelle zur Anbindung an die vorgeschaltete Antriebsmaschine einerseits sowie den beiden Planetenradsätzen andererseits. Prinzipiell kann die Abtriebsseite aber auch in einem anderen Bereich zwischen axialen Enden des Getriebes platziert sein, also axial auf einer der Anschlussstelle der ersten Eingangswelle zugewandten oder abgewandten Seite der beiden Planetenradsätze. 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 Abtriebsseite des Getriebes prinzipiell aber auch an einem entgegengesetzt zu einer Anschlussstelle der ersten Eingangswelle liegenden, axialen Ende des Getriebes vorgesehen sein. Dadurch sind ein Antrieb über die erste Eingangswelle und ein Abtrieb 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.
  • Erfindungsgemäß ist die Stirnradstufe durch ein drehfest auf der Ausgangswelle vorgesehenes, erstes Stirnrad und einem mit diesem im Zahneingriff stehendes, zweites Stirnrad gebildet, welches drehfest auf einer Vorgelegewelle angeordnet ist, die mit der Abtriebsseite gekoppelt ist. Dies hat den Vorteil, dass somit ein achsparalleler Abtrieb auf einfache Art und Weise durch Vorsehen einer Vorgelegewelle verwirklicht werden kann, wobei über die Stirnradstufe dabei eine zusätzliche Übersetzung stattfinden kann. Weiter bevorzugt ist dabei an dem zweiten Stirnrad dieser Stirnradstufe auch die Koppelung mit der Abtriebsseite hergestellt, wobei dies insbesondere dadurch realisiert ist, indem ein weiteres Stirnrad mit dem zweiten Stirnrad kämmt. Besonders bevorzugt handelt es sich bei diesem weiteren Stirnrad dabei um ein Antriebstellerrad des achsparallel vorgesehenen Differentialgetriebes.
  • Gemäß einer Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung kann die zweite Eingangswelle durch Betätigen eines weiteren Schaltelements über eine Stirnradstufe mit einer Abtriebsseite des Getriebes gekoppelt werden. Durch Vorsehen einer Stirnradstufe zwischen der zweiten Eingangswelle und der Abtriebsseite kann die zweite Eingangswelle und damit auch die Elektromaschine unabhängig von der ersten Eingangswelle mit der Abtriebsseite verbunden werden. Bevorzugt ist die Stirnradstufe dabei durch ein erstes Stirnrad und ein hiermit kämmendes, zweites Stirnrad gebildet, welches über das weitere Schaltelement drehfest mit der zweiten Eingangswelle verbunden werden kann. Das erste Stirnrad ist dabei drehfest auf einer Vorgelegewelle angeordnet, die mit der Abtriebsseite gekoppelt ist. Besonders bevorzugt ist diese Ausgestaltungsmöglichkeit und gegebenenfalls auch ihrer Weiterbildung dabei in Kombination mit der im Vorfeld genannten Ausführungsform verwirklicht, bei welcher die Ausgangswelle über eine Stirnradstufe mit der Abtriebsseite gekoppelt ist.
  • Dabei kann bei einer derartigen Kombination dann ein erster Gang zwischen der ersten Eingangswelle und der Abtriebsseite durch Schließen des ersten Schaltelements und des weiteren Schaltelements geschaltet werden, wohingegen sich ein zweiter Gang zwischen der ersten Eingangswelle und der Abtriebsseite durch Betätigen des zweiten Schaltelements ergibt. Zudem kann ein erster Gang zwischen der zweiten Eingangswelle und der Abtriebsseite durch Betätigen des weiteren Schaltelements verwirklicht werden, so dass dieser dementsprechend auch bei Schaltung des ersten Ganges zwischen der ersten Eingangswelle und der Abtriebsseite stets geschaltet ist. Dementsprechend kann in dem ersten, zwischen der ersten Eingangswelle und der Abtriebsseite wirksamen Gang ein paralleles Fahren über die vorgeschaltete Antriebsmaschine und die Elektromaschine stattfinden. Allerdings kann der erste Gang zwischen der zweiten Eingangswelle und der Abtriebsseite auch dann gezielt geschaltet werden, wenn der zweite Gang zwischen der ersten Eingangswelle und der Abtriebsseite eingelegt ist, um auch hier ein paralleles Fahren über die Antriebsmaschine und die Elektromaschine zu verwirklichen. Ist hingegen nur der erste Gang zwischen der zweiten Eingangswelle und der Abtriebsseite geschaltet, so kann ein rein elektrisches Fahren über die Elektromaschine oder auch ein reines Rekuperieren über diese, je nach Betrieb als Elektromotor oder als Generator, verwirklicht werden. Das rein elektrische Fahren ist dabei je nach über die Elektromaschine eingeleiteter Drehrichtung in Vorwärts- oder in Rückwärtsrichtung des Kraftfahrzeuges möglich.
  • Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zudem ein zusätzliches Schaltelement vorgesehen, über welches die Ausgangswelle festgesetzt werden kann. Insofern handelt es sich bei diesem zusätzlichen Schaltelement um eine Bremse, die im betätigten Zustand die Ausgangswelle festsetzt und in der Folge an einer Drehbewegung hindert. Das Vorsehen dieses zusätzlichen Schaltelements hat dabei den Vorteil, dass durch Festsetzen der Ausgangswelle eine Parksperre verwirklicht werden kann. In Weiterbildung dieser Ausführungsform setzt das zusätzliche Schaltelement bei Betätigung das Stirnrad der Stirnradstufe fest, über welche die zweite Eingangswelle mit der Ausgangswelle gekoppelt werden kann. Hierdurch kann ein Festsetzen der Ausgangswelle auf einfache Art und Weise und mit niedrigem Herstellungsaufwand verwirklicht werden.
  • Besonders bevorzugt wird das zusätzliche Schaltelement auch dann betätigt, wenn im Stillstand des Kraftfahrzeuges ein Lade- oder Staatsbetrieb durch Schließen des ersten Schaltelements verwirklicht werden soll. Denn hierdurch wird über die Ausgangswelle dann auch das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes festgesetzt, so dass der zweite Planetenradsatz im Zusammenspiel mit dem ersten Planetenradsatz die Eingangswellen miteinander koppelt.
  • Es ist eine weitere Variante der Erfindung, dass das weitere Schaltelement und das zusätzliche Schaltelement zu einer Schalteinrichtung zusammengefasst sind, bei welcher über eine Betätigungseinrichtung einerseits das weitere Schaltelement sowie andererseits das zusätzliche Schaltelement betätigt werden kann. In vorteilhafter Weise kann hierdurch eine Betätigung der beiden Schaltelemente über einen gemeinsamen Stellaktuator vorgenommen werden, was den Herstellungsaufwand weiter reduziert.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist das einzelne Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement, insbesondere als Klauenschaltelement ausgeführt. Alternativ dazu kann es sich bei einem formschlüssigen Schaltelement aber auch um eine Sperrsynchronisation handeln. Formschlüssige Schaltelemente haben prinzipiell den Vorteil, dass sie im geöffneten Zustand nur niedrige Schleppmomente aufweisen und sich dementsprechend durch einen hohen Wirkungsgrad auszeichnen. Das einzelne Schaltelement könnte alternativ dazu aber auch als kraftschlüssige Schaltelement ausgeführt sein, beispielsweise als Lamellenschaltelement, wobei ein kraftschlüssiges Schaltelement in vorteilhafter Weise auch unter Last in einen betätigten Zustand überführt werden kann.
  • Gemäß einer Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ist die Elektromaschine koaxial zu der zweiten Eingangswelle angeordnet, wobei der Rotor der Elektromaschine drehfest mit der zweiten Eingangswelle verbunden ist. Hierdurch lässt sich ein guter mechanischer Wirkungsgrad verwirklichen. In Weiterbildung dieser Ausgestaltungsmöglichkeit sind der erste Planetenradsatz und der zweite Planetenradsatz axial auf Höhe sowie radial innenliegend der Elektromaschine platziert. Hierdurch kann ein kompakter Aufbau des Getriebes dargestellt werden.
  • Im Rahmen der vorgenannten Ausgestaltungsmöglichkeit könnte der Rotor der Elektromaschine allerdings auch über eine oder mehrere Übersetzungsstufen mit der zweiten Eingangswelle gekoppelt sein, wobei die eine oder mehreren Übersetzungsstufen dabei als Planetenstufe und/oder Stirnradstufe vorliegen können. Prinzipiell kommt im Sinne der Erfindung auch eine achsparallele Anordnung der Elektromaschine infrage, wobei in diesem Fall dann der Rotor der Elektromaschine über eine oder mehrere zwischenliegende Übersetzungsstufen oder einen Zugmitteltrieb mit der zweiten Eingangswelle in Verbindung steht.
  • In Weiterbildung der Erfindung sind das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement zu einer Schalteinrichtung zusammengefasst, bei welcher über eine Betätigungseinrichtung einerseits das erste Schaltelement sowie andererseits das zweite Schaltelement betätigt werden kann. So kann in diesem Fall auch dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement ein gemeinsamer Stellaktuator zugeordnet werden, über welchen aus einer Neutralstellung heraus zum einen das erste Schaltelement sowie zum anderen das zweite Schaltelement in einen geschlossenen Zustand überführt werden kann. Besonders bevorzugt ist diese Weiterbildung dabei mit der Variante in Kombination verwirklicht, bei welcher auch das zusätzliche Schaltelement und das weitere Schaltelement zu einer Schalteinrichtung zusammengefasst sind.
  • Im Rahmen der Erfindung kann dem Getriebe ein Anfahrelement vorgeschaltet sein, beispielsweise ein hydrodynamischer Drehmomentwandler oder eine Reibkupplung. Dieses Anfahrelement kann dann auch Bestandteil des Getriebes sein und dient der Gestaltung eines Anfahrvorgangs, indem es eine Schlupfdrehzahl zwischen der Brennkraftmaschine und der ersten Eingangswelle des Getriebes ermöglicht. Besonders bevorzugt ist die erste Eingangswelle aber im verbauten Zustand des Getriebes ohne zwischenliegendes Anfahrelement mit der vorgeschalteten Antriebsmaschine gekoppelt, wobei hierbei insbesondere bei Ausführung der Antriebsmaschine als Verbrennungskraftmaschine ein Torsionsschwingungsdämpfer zwischengeschaltet sein kann. Zudem kann auf jeder Welle des Getriebes prinzipiell ein Freilauf zum Getriebegehäuse oder zu einer anderen Welle angeordnet werden.
  • Das erfindungsgemäße Getriebe ist insbesondere Teil eines Kraftfahrzeugantriebsstranges für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug und ist dann zwischen einer als Verbrennungskraftmaschine oder als Elektromaschine gestalteten Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges und weiteren, in Kraftflussrichtung zu Antriebsrädern des Kraftfahrzeuges folgenden Komponenten des Antriebsstranges angeordnet. Hierbei ist die erste Eingangswelle des Getriebes entweder permanent drehfest mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt oder über eine zwischenliegende Trennkupplung bzw. ein Anfahrelement mit dieser verbindbar, wobei zwischen Verbrennungskraftmaschine und Getriebe zudem ein Torsionsschwingungsdämpfer vorgesehen sein kann. Auch im Falle einer Ausführung der Antriebsmaschine als Elektromaschine kann eine direkte drehfeste Verbindung der ersten Eingangswelle 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 angetriebenen 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 der Planetenstufe und/oder Stirnräder der Stirnradstufen und/oder Wellen und/oder ein drehfestes Bauelement des Getriebes 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 bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
    • 3 eine Prinzips-Skizze des Teils des Kraftfahrzeugantriebsstranges aus 2;
    • 4 ein beispielhaftes Schaltschema des Getriebes aus 2; und
    • 5 eine tabellarische Darstellung unterschiedlicher Betriebsmodi des Kraftfahrzeugantriebsstranges gemäß den 2 und 3.
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges 1 eines Hybridfahrzeuges, wobei in dem Kraftfahrzeugantriebsstrang 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 bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ausgebildet ist. Dabei umfasst das Getriebe 4 eine erste Eingangswelle 9 und eine zweite Eingangswelle 10, die koaxial zueinander angeordnet sind. Die erste Eingangswelle 9 ist dabei drehfest mit dem Torsionsschwingungsdämpfer TS verbunden und als Hohlwelle ausgeführt, während die ebenfalls als Hohlwelle gestaltete, zweite Eingangswelle 10 drehfest mit einem Rotor 11 einer Elektromaschine 12 verbunden ist. Die Elektromaschine 12 ist hierbei ebenfalls koaxial zu den beiden Eingangswellen 9 und 10 angeordnet und umfasst neben dem Rotor 11 noch einen Stator 13, welcher an dem Getriebegehäuse 8 des Getriebes 4 permanent festgesetzt ist.
  • Neben den Eingangswellen 9 und 10 weist das Getriebe 4 aus 2 noch eine Ausgangswelle 14, eine Welle 15 und eine Vorgelegewelle 16 auf. Dabei sind auch die Ausgangswelle 14 und die Welle 15 koaxial zu den Eingangswellen 9 und 10 angeordnet, wobei die Welle 15 hierbei als Vollwelle ausgeführt ist und sich nahezu über die komplette, axiale Länge des Getriebes 4 erstreckt, während die Ausgangswelle 14 als Hohlwelle vorliegt. Sowohl die Eingangswelle 9 und 10, als auch die Ausgangswelle 14 sind dabei radial umliegend zu der Welle 15 platziert, wobei die erste Eingangswelle 9 dabei an einem der Verbrennungskraftmaschine 2 zugewandten axialen Ende des Getriebes 4 liegt, während die zweite Eingangswelle 10 und die Ausgangswelle 14 axial zum Teil überdecken und dabei eher in einem axialen Mittenbereich des Getriebes 4 platziert sind. Hingegen ist die Vorgelegewelle 16 achsparallel zu den Eingangswellen 9 und 10, der Ausgangswelle 14 und Welle 15 platziert.
  • Wie in 2 zu erkennen ist, umfasst das Getriebe 4 ferner einen ersten Planetenradsatz 17 und einen zweiten Planetenradsatz 18, die sich jeweils aus je einem ersten Element 19 bzw. 20, je einem zweiten Element 21 bzw. 22 und je einem dritten Element 23 bzw. 24 zusammensetzen. Das jeweilige erste Element 19 bzw. 20 ist dabei durch jeweils ein Sonnenrad 25 bzw. 26, das jeweilige zweite Element 21 bzw. 22 durch einen jeweiligen Planetensteg 27 bzw. 28 und das jeweilige dritte Element 23 bzw. 24 durch ein jeweiliges Hohlrad 29 bzw. 30 gebildet. Dabei sind bei den Planetenradsätzen 17 und 18 an dem jeweiligen Planetensteg 27 bzw. 28 jeweils mehrere Planetenräder drehbar gelagert, die im Einzelnen mit dem jeweiligen, radial innenliegenden Sonnenrad 25 bzw. 26 sowie mit dem jeweiligen, radial umliegenden Hohlrad 29 bzw. 30 im Zahneingriff stehen. Insofern sind die Planetenradsätze 17 und 18 vorliegend als Minus-Planetensätze ausgeführt.
  • Prinzipiell kommt im Rahmen der Erfindung aber auch eine Ausführung eines oder beider Planetenradsätze 17 und 18 als Plus-Planetensatz infrage, wobei bei einem Plus-Planetensatz der jeweilige Planetensteg mindestens ein Planetenradpaar drehbar gelagert führt, von dessen Planetenrädern ein Planetenrad mit dem jeweiligen Sonnenrad und ein Planetenrad mit dem jeweiligen Hohlrad im Zahneingriff steht und die Planetenräder zudem untereinander kämmen. Ferner wäre im Vergleich zu der Ausführung als Minus-Planetensatz eine Anbindung des jeweiligen Hohlrades und eine Anbindung des jeweiligen Planetenstegs zu tauschen und eine Standübersetzung des jeweiligen Planetenradsatzes um Eins zu erhöhen.
  • Vorliegend ist das Sonnenrad 25 des ersten Planetenradsatzes 17 drehfest mit der Welle 15 verbunden, während das Hohlrad 29 des ersten Planetenradsatzes ständig drehfest mit dem Getriebegehäuse 8 in Verbindung steht und damit permanent festgesetzt ist. Ferner sind der Planetensteg 27 des ersten Planetenradsatzes 17 und das Hohlrad 30 des zweiten Planetenradsatzes 18 ständig drehfest miteinander verbunden, wohingegen der Planetensteg 28 des zweiten Planetenradsatzes 18 permanent drehfest mit der Ausgangswelle 14 in Verbindung steht und das Sonnenrad 26 des zweiten Planetenradsatzes 18 ständig mit der zweiten Eingangswelle 10 verbunden ist.
  • Die beiden Planetenradsätze 17 und 18 sind dabei ebenfalls koaxial zu den Eingangswellen 9 und 10, der Ausgangswelle 14 und der Welle 15 und damit auch der Elektromaschine 12 angeordnet, wobei die Planetenradsätze 17 und 18 dabei axial auf Höhe der Elektromaschine 12 sowie radial innenliegend zu dieser angeordnet sind.
  • Das Getriebe 4 verfügt ferner über zwei Stirnradstufen 31 und 32. Die Stirnradstufe 31 umfasst dabei ein Stirnrad 33 und ein Stirnrad 34, welche miteinander im Zahneingriff stehen. Dabei ist das Stirnrad 33 drehfest auf der Vorgelegewelle 16 angeordnet, während das Stirnrad 34 drehfest auf der Ausgangswelle 14 platziert ist. Insofern koppelt die Stirnradstufe 31 die Ausgangswelle 14 und die Vorgelegewelle 16 permanent miteinander. Abgesehen von dem Stirnrad 34 kämmt das Stirnrad 33 dabei gleichzeitig auch mit einem Antriebstellerrad 35 des achsparallel hierzu liegenden Differentialgetriebes 5, wobei dieses Antriebstellerrad 35 dabei eine Abtriebsseite 36 des Getriebes 4 bildet. Die Stirnradstufe 32 setzt sich aus einem Stirnrad 37 und einem Stirnrad 38 zusammen, wobei das Stirnrad 37 drehfest auf der Vorgelegewelle 16 angeordnet und das mit dem Stirnrad 37 permanent kämmende Stirnrad 38 drehbar auf der Ausgangswelle 14 gelagert ist.
  • Das Getriebe 4 weist ferner vier Schaltelemente U, D, E und P auf, wobei diese Schaltelemente U, D, E und P als formschlüssige Schaltelemente in Form von Klauenschaltelementen ausgeführt sind. Während das Schaltelement P hierbei als Bremse vorliegt, handelt es sich bei den Schaltelementen U, D und E um Kupplungen.
  • Das Schaltelement U sorgt bei Betätigung dabei für eine drehfeste Verbindung zwischen der ersten Eingangswelle 9 und der Welle 15 und damit auch zwischen der ersten Eingangswelle 9 und dem Sonnenrad 25 des ersten Planetenradsatzes 17. Wird dagegen das Schaltelement D geschlossen, so wird das Stirnrad 34 und damit auch die Ausgangswelle 14 drehfest mit der ersten Eingangswelle 9 in Verbindung gebracht, wodurch die erste Eingangswelle 9 dann auch über die Stirnradstufe 31 mit der Vorgelegewelle 16 und damit auch der Abtriebsseite 36 gekoppelt ist.
  • Wird hingegen das Schaltelement E betätigt, so wird das Stirnrad 38 der Stirnradstufe 32 drehfest mit der zweiten Eingangswelle 10 und damit auch mit dem Rotor 11 der Elektromaschine 12 verbunden, wodurch der Rotor 11 über die Stirnradstufe 32 mit der Vorgelegewelle 16 gekoppelt ist. Aufgrund des Zahneingriffs zwischen dem Stirnrad 33 und dem Antriebstellerrad 35 erfolgt im Weiteren dann auch ein Kraftfluss zu der Abtriebsseite 36. Hingegen bewirkt das Schaltelement P im geschlossenen Zustand ein Festsetzen des Stirnrades 38 an einem, in den Innenbereich des Getriebegehäuses 8 geführten Teil des Getriebegehäuses 8, so dass letztendlich auch ein Festsetzen der Vorgelegewelle 16 und damit auch der Abtriebsseite 36 sowie über die Stirnradstufe 31 der Ausgangswelle 14 herbeigeführt wird.
  • Das Schaltelement U und das Schaltelement D sind vorliegend zu einer Schalteinrichtung 39 zusammengefasst, über deren - vorliegend nicht weiter im Detail dargestellte - Betätigungseinrichtung aus einer Neutralstellung heraus zum einen das Schaltelement U sowie zum anderen das Schaltelement D in einen geschlossenen Zustand überführt werden kann. Ebenso bilden auch das Schaltelement E und das Schaltelement P eine Schalteinrichtung 40, bei welcher über eine gemeinsame Betätigungseinrichtung aus einer Neutralstellung heraus einerseits das Schaltelement E sowie andererseits das Schaltelement P betätigt werden kann.
  • Auf ein axiales Ende des Getriebes 4, an welchem dieses mit der ersten Eingangswelle 9 an den Torsionsschwingungsdämpfer 3 angebunden ist, folgen axial zunächst die Schalteinrichtung 39, dann die Stirnradstufe 31 und die Abtriebsseite 36 in einer Ebene, dann die Stirnradstufe 32, die Schalteinrichtung 40 und schließlich die Elektromaschine 12 mit den beiden Planetenradsätzen 17 und 18.
  • 3 zeigt eine Prinzip-Skizze des Teils des Kraftfahrzeugantriebsstranges 1 aus 2, aus welcher die Verbindungen bzw. Verbindungsmöglichkeiten der einzelnen Komponenten des Getriebes 4 nochmals ersichtlich sind.
  • In 4 ist ein beispielhaftes Schaltschema für das Getriebe 4 aus den 2 und 3 tabellarisch dargestellt. Wie zu erkennen ist, können hierbei unterschiedliche Gänge V1, V2, E1, N, PS und H realisiert werden, wobei in den Spalten des Schaltschemas mit einem X jeweils gekennzeichnet ist, welches der Schaltelemente U, D, E und P jeweils geschlossen ist.
  • Wie in 4 zu erkennen ist, wird ein erster Gang V1 zwischen der ersten Eingangswelle 9 und der Abtriebsseite 36 durch Schließen des Schaltelements U und des Schaltelements E geschaltet, so dass die Verbrennungskraftmaschine 2 über den ersten Planetenrad 17 das Hohlrad 30 des zweiten Planetenradsatzes 18 antreiben kann, während der Planetensteg 28 des zweiten Planetenradsatzes 18 über die Stirnradstufe 31 und das Sonnenrad 26 des zweiten Planetenradsatzes 18 über die Stirnradstufe 32 mit der Vorgelegewelle 16 und damit auch der Abtriebsseite 36 gekoppelt ist. Ein zweiter Gang V2 ergibt sich dann durch Schließen des Schaltelements D, in welchem die erste Eingangswelle 9 direkt drehfest mit der Ausgangswelle 14 und über diese dann auch mittels der Stirnradstufe 31 mit der Abtriebsseite 36 gekoppelt ist.
  • Zwischen der zweiten Eingangswelle 10 und der Abtriebsseite 36 kann ein Gang E1 realisiert werden, indem lediglich das Schaltelement E geschlossen wird, so dass die zweite Eingangswelle 10 und damit auch der Rotor 11 der Elektromaschine 12 über die Stirnradstufe 32 mit der Vorgelegewelle 16 und im weiteren dann hiervon ausgehend auch mit der Abtriebsseite 36 gekoppelt ist. Da das Schaltelement E auch bei der Darstellung des Ganges V1 betätigt ist, ist dieser Gang E1 prinzipiell auch mit Schalten des Ganges V1 realisiert, so dass der Rotor 11 der Elektromaschine 12 auch im Gang V1 mit der Abtriebsseite 36 gekoppelt ist.
  • In einem Neutralgang N ist hingegen keines der Schaltelemente U, D, E und P betätigt, so dass sowohl die erste Eingangswelle 9, als auch die zweite Eingangswelle 10 von der Abtriebsseite 36 entkoppelt sind. Ein Parksperren-Gang PS wird durch Schließen des Schaltelements P und das damit einhergehende Festsetzen der Vorgelegewelle 16 und der Abtriebsseite 36 geschaltet. Zudem ergibt sich noch ein Hybrid-Gang H, indem lediglich das Schaltelement U in einen geschlossenen Zustand überführt wird. Denn in diesem Fall ist die Verbrennungskraftmaschine 2 über den zwischenliegenden, ersten Planetenradsatz 17 an dem Hohlrad 30 des zweiten Planetenradsatzes 18 und gleichzeitig die Elektromaschine 12 an dem Sonnenrad 26 des zweiten Planetenradsatzes 18 angebunden, während die Abtriebsseite 36 über die Stirnradstufe 31 und die Ausgangswelle 14 mit dem Sonnenrad 26 des zweiten Planetenradsatzes 18 in Verbindung steht. Insofern erfolgt in diesem Fall eine Leistungsverzweigung an dem zweiten Planetenradsatz 18.
  • Über das Getriebe 4 aus 2 und 3 können unterschiedliche Betriebsmodi I bis VII des Kraftfahrzeugantriebsstranges 1 verwirklicht werden, die in 5 tabellarisch dargestellt sind: in einem ersten Betriebsmodus I werden dabei die Schaltelemente U und P betätigt, um einen Ladebetrieb oder ein Starten der Verbrennungskraftmaschine 2 im Stillstand des Kraftfahrzeuges zu verwirklichen. Ersteres wird dabei dadurch realisiert, dass die Verbrennungskraftmaschine 2 über den ersten Planetenradsatz 17 und das Hohlrad 30 des zweiten Planetenradsatzes 18 antreibt, während über das Sonnenrad 26 auf die als Generator arbeitende Elektromaschine 12 abgetrieben wird und ein Abstützen über den festgesetzten Planetensteg 28 des zweiten Planetenradsatzes 18 stattfindet. Zum Starten der Verbrennungskraftmaschine 2 wird hingegen umgekehrt über die Elektromaschine 12 als Elektromotor angetrieben und ein Abtrieb über das Hohlrad 30 des zweiten Planetenradsatzes 18 und den ersten Planetenradsatz 17 auf die Verbrennungskraftmaschine 2 vorgenommen, um diese zu starten.
  • In einem zweiten Betriebsmodus II wird hingegen eine Parksperre verwirklicht, indem der Gang PS geschaltet wird, wie dies bereits zu 4 beschrieben worden ist. In einem dritten Betriebsmodus III ist hingegen das Schaltelement U geschlossen und damit der in 4 beschriebene Hybrid-Gang H geschaltet, in welchem eine Leistungsverzweigung über den zweiten Planetenradsatz 18 vorgenommen wird. In diesem Betriebsmodus III können dabei unterschiedlichste Funktionen verwirklicht werden: neben einem gleichzeitigen Antreiben über die Verbrennungskraftmaschine 2 und die Elektromaschine 12, kann die Elektromaschine 12 auch generatorisch betrieben werden, so dass eine Antriebsleistung der Verbrennungskraftmaschine 2 auf die Ausgangswelle 14 und die zweite Eingangswelle 10 aufgeteilt wird. Zudem kann auch im Bremsbetrieb ein gemeinsames Bremsmoment über die im Schleppbetrieb betriebene Verbrennungskraftmaschine 2 und die als Generator arbeitende Elektromaschine 12 erzeugt werden. Außerdem kann eine Anfahrfunktion realisiert werden, indem über die Verbrennungskraftmaschine 2 angetrieben und über die Elektromaschine 12 abgestützt wird, während ein Abtrieb über die Ausgangswelle 14 stattfindet. Schließlich kann auch ein zugkraftunterbrochenes Anlassen der Verbrennungskraftmaschine 2 während der Fahrt des Kraftfahrzeuges über die als Elektromotor arbeitende Elektromaschine 12 vorgenommen werden.
  • In einem vierten Betriebsmodus IV werden die Schaltelementen U und E betätigt und damit der Gang V1 geschaltet, so dass zum einen ein reiner Antrieb über die Verbrennungskraftmaschine 2 möglich ist. Da hierbei gleichzeitig auch der Gang E1 realisiert wird, wie schon zu 4 beschrieben, kann in dem vierten Betriebsmodus IV auch ein paralleles Fahren über die Verbrennungskraftmaschine 2 und die Elektromaschine 12 in deren elektromotorischen Betrieb stattfinden.
  • Dagegen wird in einem fünften Betriebsmodus V nur der Gang E1 im Getriebe 4 geschaltet, so dass ein reines elektrisches Fahren über die Elektromaschine 12 in deren elektromotorischen Betrieb erfolgen kann. In einem sechsten Betriebsmodus VI werden das Schaltelement D und das Schaltelement E zeitgleich betätigt, wodurch erneut ein paralleles Fahren über die Verbrennungskraftmaschine 2 und die Elektromaschine 12 stattfinden kann. Im Unterschied zu dem vierten Betriebsmodus IV wird dadurch aber neben dem Gang E1 auch der Gang V2 geschaltet und damit ein direkter Durchtrieb von der ersten Eingangswelle 9 auf die Ausgangswelle 14 vorgenommen.
  • Schließlich wird in einem siebten Betriebsmodus VII nur der Gang V2 durch Betätigen des Schaltelements D realisiert, wobei in diesem siebten Betriebsmodus VII ein rein verbrennungsmotorisches Fahren über die Verbrennungskraftmaschine 2 vorgenommen wird.
  • Mittelst der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen kann ein kompakt bauendes Getriebe mit niedrigem Herstellungsaufwand verwirklicht werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kraftfahrzeugantriebsstrang
    2
    Verbrennungskraftmaschine
    3
    Torsionsschwingungsdämpfer
    4
    Getriebe
    5
    Differentialgetriebe
    6
    Antriebsrad
    7
    Antriebsrad
    8
    Getriebegehäuse
    9
    erste Eingangswelle
    10
    zweite Eingangswelle
    11
    Rotor
    12
    Elektromaschine
    13
    Stator
    14
    Ausgangswelle
    15
    Welle
    16
    Vorgelegewelle
    17
    Erster Planetenradsatz
    18
    Zweiter Planetenradsatz
    19
    erstes Element
    20
    erstes Element
    21
    zweites Element
    22
    zweites Element
    23
    drittes Element
    24
    drittes Element
    25
    Sonnenrad
    26
    Sonnenrad
    27
    Planetensteg
    28
    Planetensteg
    29
    Hohlrad
    30
    Hohlrad
    31
    Stirnradstufe
    32
    Stirnradstufe
    33
    Stirnrad
    34
    Stirnrad
    35
    Antriebstellerrad
    36
    Abtriebsseite
    37
    Stirnrad
    38
    Stirnrad
    39
    Schalteinrichtung
    40
    Schalteinrichtung
    U
    Schaltelement
    D
    Schaltelement
    E
    Schaltelement
    P
    Schaltelement
    V1
    erster Gang
    V2
    zweiter Gang
    E1
    Gang
    N
    Neutralgang
    PS
    Parksperren-Gang
    H
    Hybrid-Gang
    I bis VII
    Betriebsmodi

Claims (16)

  1. Getriebe (4) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine erste Eingangswelle (9), eine zweite Eingangswelle (10) und eine Ausgangswelle (14), wobei die erste Eingangswelle (9) dazu ausgebildet ist, das Getriebe (4) mit einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges zu verbinden, wobei die zweite Eingangswelle (10) mit einem Rotor (11) einer Elektromaschine (12) gekoppelt ist, wobei ein erster Planetenradsatz (17) und ein zweiter Planetenradsatz (18) vorgesehen sind, die jeweils je ein erstes Element (19, 20), je ein zweites Element (21, 22) und je ein drittes Element (23, 24) in Form je eines Sonnenrades (25, 26), je eines Planetenstegs (27, 28) und je eines Hohlrades (29, 30) aufweisen, und wobei ein erstes Schaltelement (U) und ein zweites Schaltelement (D) vorgesehen sind, - wobei die erste Eingangswelle (9) über das erste Schaltelement (U) drehfest mit dem ersten Element (19) des ersten Planetenradsatzes (17) verbindbar sowie mittels des zweiten Schaltelements (D) drehfest mit der Ausgangswelle (14) in Verbindung bringbar ist, - wobei das zweite Element (21) des ersten Planetenradsatzes (17) drehfest mit dem dritten Element (24) des zweiten Planetenradsatzes (18) verbunden ist, - wobei das dritte Element (23) des ersten Planetenradsatzes (17) festgesetzt ist, - wobei die zweite Eingangswelle (10) drehfest mit dem ersten Element (20) des zweiten Planetenradsatzes (18) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle (14) drehfest mit dem zweiten Element (22) des zweiten Planetenradsatzes (18) in Verbindung steht, wobei die Ausgangswelle (14) über eine Stirnradstufe (31) mit einer Abtriebsseite (36) gekoppelt ist und wobei die Stirnradstufe (31) durch ein drehfest auf der Ausgangswelle (14) vorgesehenes, erstes Stirnrad (34) und ein mit diesem im Zahneingriff stehendes, zweites Stirnrad (33) gebildet ist, welches drehfest auf einer Vorgelegewelle (16) angeordnet ist, die mit der Abtriebsseite (36) gekoppelt ist.
  2. Getriebe (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem drehfest auf der Vorgelegewelle (16) angeordneten Stirnrad (33) der Stirnradstufe (31) auch die Koppelung mit der Abtriebsseite (36) hergestellt ist.
  3. Getriebe (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Eingangswelle (10) durch Betätigen eines weiteren Schaltelements (E) über eine Stirnradstufe (32) mit einer Abtriebsseite (36) koppelbar ist.
  4. Getriebe (4) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnradstufe (32) durch ein erstes Stirnrad (37) und ein hiermit kämmendes, zweites Stirnrad (38) gebildet ist, welches über das weitere Schaltelement (E) drehfest mit der zweiten Eingangswelle (10) verbindbar ist, wobei das erste Stirnrad (37) der Stirnradstufe (32) drehfest auf der Vorgelegewelle (16) angeordnet ist, die mit der Abtriebsseite (36) gekoppelt ist.
  5. Getriebe (4) nach Anspruch 1 oder 2 und Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich - ein erster Gang (V1) zwischen der ersten Eingangswelle (9) und der Abtriebsseite (36) durch Schließen des ersten Schaltelements (U) und des weiteren Schaltelements (E), - ein zweiter Gang (V2) zwischen der ersten Eingangswelle (9) und der Abtriebsseite (36) durch Betätigen des zweiten Schaltelements (D), - sowie ein erster Gang (E1) zwischen der zweiten Eingangswelle (10) und der Abtriebsseite (36) durch Betätigen des weiteren Schaltelements (E) ergibt.
  6. Getriebe (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzliches Schaltelement (P) vorgesehen ist, über welches die Ausgangswelle (14) festsetzbar ist.
  7. Getriebe (4) nach Anspruch 4 und nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass über das zusätzliche Schaltelement (P) das Stirnrad (38) der Stirnradstufe (32) festsetzbar ist.
  8. Getriebe (4) nach Anspruch 3 oder 4 sowie nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Schaltelement (E) und das zusätzliche Schaltelement (P) zu einer Schalteinrichtung (40) zusammengefasst sind, bei welcher über eine Betätigungseinrichtung einerseits das weitere Schaltelement (E) sowie andererseits das zusätzliche Schaltelement (P) betätigbar sind.
  9. Getriebe (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das einzelne Schaltelement (U, D, E, P) als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt ist.
  10. Getriebe (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (12) koaxial zu der zweiten Eingangswelle (10) angeordnet ist, wobei der Rotor (11) der Elektromaschine (12) drehfest mit der zweiten Eingangswelle (10) verbunden ist.
  11. Getriebe (4) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetenradsatz (17) und der zweite Planetenradsatz (18) axial auf Höhe sowie radial innenliegend der Elektromaschine (12) platziert sind.
  12. Getriebe (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (U) und das zweite Schaltelement (D) zu einer Schalteinrichtung (39) zusammengefasst sind, bei welcher über eine Betätigungseinrichtung einerseits das erste Schaltelement (U) sowie andererseits das zweite Schaltelement (D) betätigbar sind.
  13. Kraftfahrzeugantriebsstrang (1) für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, umfassend ein Getriebe (4) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.
  14. Verfahren zum Betreiben eines Getriebes (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Darstellung eines Lade- oder Startbetriebs das erste Schaltelement (U) betätigt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14 und mit einem Getriebe (4) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Lade- oder Startbetrieb zudem das zusätzliche Schaltelement (P) betätigt wird.
  16. Verfahren zum Betreiben eines Getriebes (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein leistungsverzweigtes Fahren bei Antrieb sowohl über die erste Eingangswelle (9) als auch die zweite Eingangswelle (10) durch Schließen des ersten Schaltelements (U) realisiert wird.
DE102021205941.4A 2021-06-11 2021-06-11 Getriebe, Kraftfahrzeugantriebsstrang sowie Verfahren zum Betreiben eines Getriebes Active DE102021205941B4 (de)

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