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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe, einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einem solchen Getriebe sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang und ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs.
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Lastschaltbare Getriebe sind zumeist als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet. Die im Stand der Technik bekannten Doppelkupplungsgetriebe weisen zwei Getriebeeingangswellen und zwei Triebwellen bzw. Vorgelegewellen auf, wobei zwischen den Getriebeeingangswellen und den Vorgelegewellen mehrere Zahnräder kämmend angeordnet sind. Insbesondere sind hier einige der Zahnräder als Losräder und andere Zahnräder als Festräder ausgebildet, wobei durch zwei kämmende Zahnräder eine jeweilige Zahnradstufe, bspw. die erste, zweite, dritte Gangstufe usw., gebildet ist. Durch diesen Aufbau können ein erstes und zweites Teilgetriebe gebildet werden, wobei ein Teilgetriebe mittels einer dem Teilgetriebe zugeordneten Kupplung Antriebsleistung übertragen kann, während das andere Teilgetriebe vorzugsweise lastfrei ist. Hierdurch kann in dem anderen Teilgetriebe eine Gangstufe eingelegt werden. Durch entsprechendes Ein- und Ausrücken der zwei einzelnen Kupplungen bzw. der Doppelkupplung kann ein Teilgetriebe lastfrei geschaltet werden, während das andere Teilgetriebe mittels der eingelegten Gangstufe Antriebsleistung überträgt. Es kann dabei unter Last geschaltet werden. Ein Zugkraftverlust findet nicht statt. Nachteilig bei derartigen Doppelkupplungsgetrieben ist der hohe Bauraumbedarf.
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Es sind auch Doppelkupplungsgetriebe bekannt, bei denen die miteinander kämmenden Zahnräder derart angeordnet sind, dass zumindest zwei sogenannte „Doppelradebenen“ innerhalb des Doppelkupplungsgetriebes ausgebildet sind. Eine Doppelradebene ist insbesondere durch ein auf einer Getriebeeingangswelle angeordnetes Zahnrad gebildet, das insbesondere mit je einem Zahnrad jeder der beiden Vorgelegewellen, also zugleich mit zwei Zahnrädern, kämmt. Hierdurch kann zwar der Bauraumbedarf verringert werden, dennoch haben derartige Doppelkupplungsgetriebe insbesondere aufgrund der zwei Vorgelegewellen einen erhöhten Bauraumbedarf.
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Zudem werden Fahrzeuge 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.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2016 210 713 A1 ist ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug bekannt, mit einer Getriebewelle, einer ersten Welle, einem der ersten Welle zugeordneten ersten Losrad, einem der ersten Welle zugeordneten ersten anderen Losrad, einer zweiten Welle, einem der zweiten Welle zugeordneten zweiten Losrad und einem der zweiten Welle zugeordneten zweiten anderen Losrad. Die Getriebewelle ist mit der ersten Welle und/oder der zweiten Welle wirkverbindbar. Das Getriebe umfasst eine Getriebeausgangswelle, die mit der ersten und zweiten Welle wirkverbunden ist, und ein erstes Schaltelement, mittels dem das erste Losrad mit dem ersten anderen Losrad drehfest verbindbar ist. Bei einem geschlossenen Zustand des ersten Schaltelements ist wahlweise ein erster Vorwärtsgang für einen Vorwärts-Fahrbetrieb oder ein sechster Vorwärtsgang für einen Vorwärts-Fahrbetrieb realisierbar.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2015 205 307 A1 ist ein Doppelkupplungsgetriebe mit zwei Kupplungen bekannt, deren Eingangsseiten mit einer Antriebswelle und deren Ausgangsseiten mit jeweils einer von zwei koaxial zueinander angeordneten Getriebeeingangswellen verbunden sind. Ferner sind zumindest zwei Vorgelegewellen vorgesehen, auf denen Losräder drehbar gelagert sind. Das Doppelkupplungsgetriebe umfasst auf den beiden Getriebeeingangswellen drehfest angeordnete Festräder, die mit den Losrädern in Eingriff stehen, und jeweils ein an den beiden Vorgelegewellen vorgesehenes Abtriebszahnrad, welches jeweils mit einer Verzahnung einer Abtriebswelle gekoppelt ist, wobei die Abtriebswelle nicht koaxial zur Antriebswelle angeordnet ist. Zudem sind mehrere Schaltelemente vorgesehen, sodass zumindest sechs lastschaltbare Vorwärtsgänge und zumindest ein Rückwärtsgang schaltbar sind. Dabei sind nur drei doppeltwirkende Schaltelemente vorgesehen, wobei jedem doppeltwirkenden Schaltelement zwei Losräder der Vorgelegewellen zugeordnet sind, wobei eines der Schaltelemente in eine erste Wirkrichtung ein Losrad mit der zugeordneten Vorgelegewelle verbindet und in eine zweite Wirkrichtung die beiden zuordneten Losräder miteinander verbindet, und wobei zwei Schaltelemente jeweils die zugeordneten Losräder mit den zugeordneten Vorgelegewellen drehfest verbinden.
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Vor diesem Hintergrund stellt sich einem Fachmann die Aufgabe, ein lastschaltfähiges kompaktes Getriebe zu schaffen, das insbesondere axial kurz baut und technisch einfach mit einer elektrischen Antriebsmaschine kombinierbar ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Getriebe für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit:
- einer Getriebeantriebswelle, die dazu ausgebildet ist, antriebswirksam mit einer Verbrennungsmaschine des Kraftfahrzeugs verbunden zu werden;
- einer ersten Getriebeeingangswelle für ein erstes Teilgetriebe;
- einer zweiten Getriebeeingangswelle für ein zweites Teilgetriebe;
- einer ersten Vorgelegewelle;
- einer zweiten Vorgelegewelle;
- einem Abtrieb, der mit der ersten Vorgelegewelle und mit der zweiten Vorgelegewelle antriebswirksam verbunden ist;
- in mehreren Radsatzebenen angeordneten Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen;
- mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen zum Einlegen der Gangstufen; und
- einer Doppelkupplungsvorrichtung mit einer ersten Kupplung, um die Getriebeantriebswelle lösbar mit der ersten Getriebeeingangswelle antriebswirksam zu verbinden, und einer zweiten Kupplung, um die Getriebeantriebswelle lösbar mit der zweiten Getriebeeingangswelle antriebswirksam zu verbinden, wobei
- ein Verbindungsschaltelement der Schaltelemente zum Einlegen der Gangstufen dazu ausgebildet ist, das erste Teilgetriebe und das zweite Teilgetriebe antriebswirksam miteinander zu verbinden; und
- der Abtrieb des Getriebes ein Differential mit einem ersten Differentialrad und einem zweiten Differentialrad umfasst, wobei Antriebsleistung von dem Getriebe mittels dem ersten Differentialrad oder dem zweiten Differentialrad zum Abtrieb übertragbar ist.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit:
- einem Getriebe wie zuvor definiert; und
- einer Verbrennungsmaschine, die mit der Getriebeantriebswelle verbindbar ist.
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Weiterhin wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs wie zuvor definiert.
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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 elektrischen Antriebsmaschine.
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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, das Verfahren und das Kraftfahrzeug entsprechend den für das Getriebe in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.
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Durch eine erste und zweite Getriebeeingangswelle für ein erstes und zweites Teilgetriebe kann ein kompaktes und variables Getriebe geschaffen werden. Eine Wirkverbindung kann sowohl schaltbar als auch nicht schaltbar ausgeführt sein. Eine axiale Kompaktheit des Getriebes kann durch eine erste und zweite Vorgelegewelle erreicht werden. Insbesondere können mit dem Getriebe eine Vielzahl von Vorwärtsgangstufen eingerichtet werden, die vorzugsweise unter Last schaltbar sind. Durch eine Doppelkupplungsvorrichtung mit einer ersten Kupplung und einer zweiten Kupplung kann technisch einfach ein lastschaltfähiges Getriebe geschaffen werden. Mittels einer Verbindungskupplung sind technisch einfach sogenannte Windungsgangstufen einrichtbar. Hierdurch kann bei einer hohen Kompaktheit des Getriebes ein hoher Funktionsumfang mit dem Getriebe erreicht werden. Durch einen Abtrieb des Getriebes mit einem Differential und einem ersten Differentialrad und einem zweiten Differentialrad kann ein kompaktes und funktionsumfangreiches Getriebe geschaffen werden. Vorzugsweise ist das Getriebe für einen Frontquer- oder Heckquereinbau mit einem seitlichen Abtrieb vorgesehen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schaltelemente als Schaltelemente mit Sperrsynchronisierung ausgebildet. Ergänzend oder alternativ sind wenigstens zwei der Schaltelemente als Doppelschaltelement ausgebildet. Hierdurch kann insbesondere ein robustes Getriebe geschaffen werden. Ein Doppelschaltelement ermöglicht es, das Getriebe mit weniger Bauteilen aufzubauen, da zur Betätigung eines Doppelschaltelements, also zum Einlegen von zwei Gangstufen, nur ein Aktor verwendet werden muss. Die Ansteuerung des Getriebes ist vereinfacht. Zudem baut das Getriebe kompakt. Es versteht sich, dass vorzugsweise zwei nicht direkt benachbarte Gangstufen mittels eines Doppelschaltelements schaltbar sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Doppelkupplungsvorrichtung dazu ausgebildet, antriebswirksam mit einer elektrischen Antriebsmaschine verbunden zu werden. Hierdurch kann technisch einfach ein Hybridgetriebe geschaffen werden. Ferner kann technisch einfach eine antriebswirksame Verbindung zwischen der elektrischen Antriebsmaschine und der Verbrennungsmaschine eingerichtet werden, sodass die elektrische Antriebsmaschine generatorisch von der Verbrennungsmaschine betrieben werden kann und/oder die Verbrennungsmaschine von der elektrischen Antriebsmaschine gestartet werden kann. Insbesondere ist durch diese vorteilhafte Anordnung ein Schalten unter Last für alle Gangstufen des Getriebes für die elektrische Antriebsmaschine möglich.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Getriebe eine Verbrennungsmaschinenkupplung, vorzugsweise in Form einer Reibkupplung, zum lösbaren Verbinden der Getriebeantriebswelle mit der Doppelkupplungsvorrichtung auf. Hierdurch kann technisch einfach ein Entkoppeln der Getriebeantriebswelle und damit der Verbrennungsmaschine vom Getriebe erfolgen. Es kann technisch einfach ein Leerlauf im Getriebe eingerichtet werden. Ferner ist ein Zuschalten der Verbrennungsmaschine möglich, wenn die Verbrennungsmaschinenkupplung in Form einer Reibkupplung ausgebildet ist. Zudem kann ein Anfahrelement für die Verbrennungsmaschine geschaffen werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Rückwärtsgangstufe durch Rückwärtsdrehen der elektrischen Antriebsmaschine einrichtbar. Hierdurch kann eine Kompaktheit des Getriebes weiter verbessert werden, da keine mechanische Drehrichtungsumkehr zum Rückwärtsfahren erfolgen muss. Vorzugsweise kann eine Vorwärtsgangstufe des Getriebes durch Rückwärtsdrehen der elektrischen Antriebsmaschine in eine zusätzliche Rückwärtsgangstufe gewandelt werden. Es versteht sich, dass beim Rückwärtsdrehen der elektrischen Antriebsmaschine alle Gangstufen des Getriebes rückwärts betrieben werden können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind von den Gangstufen eine Vorwärtsgangstufe mit der höchsten und eine Vorwärtsgangstufe mit der niedrigsten Übersetzung als Windungsgangstufe ausgebildet. Hierdurch können die beim Fahrbetrieb weniger häufig verwendeten Gangstufen als Windungsgangstufen ausgebildet sein. Insbesondere in der Gangstufe mit der niedrigsten Übersetzung steht ausreichend Antriebsleistung zur Verfügung, sodass vermeintlich vorhandene Getriebeverluste aufgrund einer Windungsgangstufe vernachlässigbar sind. Durch zwei Windungsgangstufen kann ein kompaktes Hybridgetriebe mit einem hohen Funktionsumfang und einer hohen Spreizung geschaffen werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die dritte Gangstufe und die fünfte Gangstufe dem ersten Teilgetriebe zugeordnet. Ergänzend sind die zweite Gangstufe und die vierte Gangstufe dem zweiten Teilgetriebe zugeordnet. Vorzugsweise sind die vorgenannten Gangstufen mittels einer Doppelradebene gebildet. Durch eine Doppelradebene kann sowohl Gewicht als auch Bauraum eingespart werden, wobei ein hoher Funktionsumfang erreicht werden kann. Ferner kann durch die Zuordnung der Gangstufen zu den einzelnen Teilgetrieben vorteilhaft mittels der Doppelkupplungsvorrichtung zwischen den beiden Teilgetrieben beim Durchschalten der einzelnen Gangstufen gewechselt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das erste Differentialrad mit einem Festrad an der ersten Vorgelegewelle und einem Festrad an der zweiten Vorgelegewelle antriebswirksam verbunden. Ergänzend ist das zweite Differentialrad mit einem Losrad der zweiten Vorgelegewelle in Eingriff, wobei das Losrad mittels eines Schaltelements mit einem Losrad der fünften Gangstufe, entkoppelt von der zweiten Vorgelegewelle, verbindbar ist. Hierdurch können sowohl die erste Vorgelegewelle als auch die zweite Vorgelegewelle als Abtriebswelle fungieren. Die Kompaktheit des Getriebes kann weiter erhöht werden. Durch die vorteilhafte Anbindung des zweiten Differentialrads kann eine variablere Übersetzung mittels der fünften Gangstufe eingerichtet werden. Es erfolgt eine Art gestufter Abtrieb zum Differential.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Getriebe eine Zwischenwelle mit einem Festrad und einem Losrad und einem Rückwärtsgangschaltelement zum lösbaren antriebswirksamen Verbinden des Losrads mit der Zwischenwelle, wobei das Losrad mit einem gangbildenden Losrad kämmt. Ergänzend kämmt das Festrad mit einem Differentialrad des Differentials des Abtriebs oder mit einem Festrad des zweiten Teilgetriebes, um eine mechanische Rückwärtsgangstufe zu bilden. Durch eine mechanische Rückwärtsgangstufe kann ein Rückwärtsfahren auch mit einer als Verbrennungsmaschine ausgebildeten Antriebsmaschine erreicht werden. Durch das Einrichten einer Rückwärtsgangstufe mittels einer Zwischenwelle kann ein Getriebe geschaffen werden, das modular aufbaubar ist. Beispielsweise kann, wenn das Getriebe als Hybridgetriebe, also mit einer elektrischen Antriebsmaschine, ausgebildet ist, auf die Zwischenwelle verzichtet werden. Soll das Getriebe als Verbrennungsmaschinengetriebe verwendet werden, kann technisch einfach durch Hinzufügen der Zwischenwelle eine mechanische Rückwärtsgangstufe eingerichtet werden. Das Basisgetriebe kann in den beiden oben genannten Fällen das gleiche sein. Folglich kann ein variables und in Großserie, also kostengünstig herstellbares Basisgetriebe geschaffen werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist von einer Anbindungsseite der Doppelkupplungsvorrichtung ausgehend die erste Radsatzebene zum Bilden der dritten Gangstufe und der fünften Gangstufe ausgebildet. Ergänzend ist die zweite Radsatzebene zum Bilden der zweiten Gangstufe und der vierten Gangstufe ausgebildet. Hierdurch kann technisch einfach erreicht werden, dass wenigstens vier der Schaltelemente zu zwei Doppelschaltelementen kombinierbar sind. Ferner kann eine derartige Anordnung zu verbesserten Lagerungseigenschaften der Getriebewellen führen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang ein Getriebe auf, bei dem die Doppelkupplungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, antriebswirksam mit einer elektrischen Antriebsmaschine verbunden zu werden, sowie eine elektrische Antriebsmaschine, die mit der Doppelkupplungsvorrichtung verbindbar ist. Vorzugsweise ist die elektrische Maschine als achsparallele Antriebsmaschine ausgebildet und erstreckt sich besonders bevorzugt von einem Anbindungspunkt der elektrischen Antriebsmaschine achsparallel zur ersten Getriebeeingangswelle und zweiten Getriebeeingangswelle axial in Richtung der Radsatzebenen. Hierdurch kann erreicht werden, dass alle Gangstufen des Getriebes auch für die elektrische Antriebsmaschine schaltbar sind. Ferner kann technisch einfach eine Verbindung zwischen Verbrennungsmaschine und elektrischer Antriebsmaschine eingerichtet werden. Durch eine achsparallele Antriebsmaschine kann technisch einfach ein variabler Hybridantriebsstrang geschaffen werden, da je nach Anforderungsprofil verschieden große und damit verschieden leistungsstarke elektrische Antriebsmaschinen technisch einfach an das Getriebe angebunden werden können. Insbesondere kann durch die vorteilhafte Anordnung der elektrischen Antriebsmaschine eine axiale Länge des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs kompakt gehalten werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die elektrische Antriebsmaschine als Startergenerator zum Starten der Verbrennungsmaschine ansteuerbar. Ergänzend oder alternativ ist die elektrische Antriebsmaschine als Ladegenerator zum Laden eines Energiespeichers ansteuerbar. Hierdurch kann der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang hocheffizient betrieben werden. Der Kraftstoffverbrauch kann reduziert werden. Insbesondere kann auf einen zusätzlichen Anlasser der Verbrennungsmaschine verzichtet werden. Es kann ein hocheffizienter Hybridantriebsstrang mit einem hohen Funktionsumfang geschaffen werden.
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Unter „antriebswirksam verbunden“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine nicht schaltbare Verbindung zwischen zwei Bauteilen verstanden werden, welche zu einer permanenten Übertragung einer Drehzahl, eines Drehmoments und/oder Antriebsleistung vorgesehen ist. Die Verbindung kann dabei sowohl direkt oder über eine Festübersetzung erfolgen. Die Verbindung kann beispielsweise über eine feste Welle, eine Verzahnung, insbesondere eine Stirnradverzahnung und/oder ein Umschlingungsmittel, insbesondere ein Zugmittelgetriebe, erfolgen.
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Unter „antriebswirksam verbindbar“, „kann antriebswirksam verbunden werden“ oder „ist zum antriebswirksamen Verbinden ausgebildet“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein schaltbares Verbinden zwischen zwei Bauteilen verstanden werden, welches in einem geschlossenen Zustand zu einer temporären Übertragung einer Drehzahl, eines Drehmoments und/oder einer Antriebsleistung vorgesehen ist. In einem geöffneten Zustand überträgt das schaltbare Verbinden vorzugsweise temporär im Wesentlichen keine Drehzahl, kein Drehmoment und/oder keine Antriebsleistung.
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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.
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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.
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Ein Gangstufenwechsel erfolgt insbesondere durch Abschalten eines Schaltelements und/oder einer Kupplung und gleichzeitiges Aufschalten des Schaltelements 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 von 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.
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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.
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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 Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes;
- 3 eine Schaltmatrix des Getriebes gemäß der 2;
- 4 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes;
- 5 eine Schaltmatrix des Getriebes gemäß der 4;
- 6 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes;
- 7 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes; und
- 8 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes.
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In 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 gezeigt. Der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 weist eine optionale elektrische Antriebsmaschine 14 und eine Verbrennungsmaschine 16 auf, die mittels eines Getriebes 18 mit einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs 10 verbunden sind. Es versteht sich, dass auch eine Verbindung mit einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs 10 möglich ist. Mittels des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 wird Antriebsleistung der Verbrennungsmaschine 16 und/oder der optionalen elektrischen Antriebsmaschine 14 den Rädern des Kraftfahrzeugs 10 zugeführt.
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Das Kraftfahrzeug 10 weist ferner einen Energiespeicher 20 auf, um Energie zu speichern, die zum Versorgen der optionalen elektrischen Antriebsmaschine 14 dient. Es versteht sich, dass vorliegend auch ein Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 ohne elektrische Antriebsmaschine 14 geschaffen werden kann. Bei einem rein verbrennungsmotorischen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 ist der Energiespeicher 20 vorzugsweise ein Kraftstofftank und/oder eine Kraftfahrzeugbatterie, insbesondere eine Anlasserbatterie, um die Verbrennungsmaschine 16 zu starten.
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In 2 ist schematisch eine Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes 18 gezeigt. Das Getriebe 18 weist eine Getriebeantriebswelle 24 auf, die dazu ausgebildet ist, mit der nicht gezeigten Verbrennungsmaschine 16 verbunden zu werden. Die Getriebeantriebswelle 24 ist mit einer Verbrennungsmaschinenkupplung K0 antriebswirksam mit einer Doppelkupplungsvorrichtung 25 verbindbar, wobei die Doppelkupplungsvorrichtung 25 eine erste Kupplung K1 und eine zweite Kupplung K2 aufweist. Mittels der ersten Kupplung K1 kann mit der Doppelkupplungsvorrichtung 25 Antriebsleistung auf eine erste Getriebeeingangswelle 26 übertragen werden. Die erste Getriebeeingangswelle 26 bildet eine Eingangswelle für ein erstes Teilgetriebe des Getriebes 18.
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Mittels einer zweiten Kupplung K2 kann die Doppelkupplungsvorrichtung 25 Antriebsleistung auf eine zweite Getriebeeingangswelle 28 übertragen. Die zweite Getriebeeingangswelle 28 dient als Eingangswelle für ein zweites Teilgetriebe.
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Die erste Getriebeeingangswelle 26 ist als Hohlwelle ausgebildet und umgibt die als Vollwelle ausgebildete zweite Getriebeeingangswelle 28 zumindest abschnittsweise.
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Die Doppelkupplungsvorrichtung 25 ist zudem antriebswirksam mit der elektrischen Antriebsmaschine 14 verbunden.
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An der ersten Getriebeeingangswelle 26 ist ein Festrad angeordnet, das sowohl mit einem Losrad an einer ersten Vorgelegewelle 30 als auch einem Losrad an einer zweiten Vorgelegewelle 32 kämmt.
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An der zweiten Getriebeeingangswelle 28 ist ein Festrad angeordnet, das sowohl mit einem Losrad an der ersten Vorgelegewelle 30 als auch ein Losrad an der zweiten Vorgelegewelle 32 kämmt.
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Die erste Vorgelegewelle 30 und die zweite Vorgelegewelle 32 sind antriebswirksam mit einem Differential eines Abtriebs 34 verbunden, wobei der Abtrieb 34 ein erstes Differentialrad 36 und ein zweites Differentialrad 38 umfasst. Die erste Vorgelegewelle 30 und die zweite Vorgelegewelle 32 weisen jeweils ein Festrad auf, das mit dem ersten Differentialrad 36 in Eingriff ist.
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Das an der zweiten Vorgelegewelle 32 angeordnete und dem zweiten Teilgetriebe zugeordnete Losrad kann durch Einlegen eines ersten Schaltelements S1 antriebswirksam mit der zweiten Vorgelegewelle 32 verbunden werden.
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Das an der ersten Vorgelegewelle 30 angeordnete und dem ersten Teilgetriebe zugeordnete Losrad kann durch Einlegen eines zweiten Schaltelements S2 antriebswirksam mit der ersten Vorgelegewelle 30 verbunden werden.
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Ferner kann dieses Zahnrad durch Einlegen eines Verbindungsschaltelements SK antriebswirksam mit einem an der ersten Vorgelegewelle 30 angeordneten und dem zweiten Teilgetriebe zugeordneten Losrad verbunden werden. Diese Verbindung ist entkoppelt von der ersten Vorgelegewelle 30, sodass keine Antriebsleistung zur ersten Vorgelegewelle 30 übertragen wird, wenn das Verbindungsschaltelement SK geschlossen wird.
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Das an der ersten Vorgelegewelle 30 angeordnete und dem zweiten Teilgetriebe zugeordneten Losrad kann durch Einlegen eines dritten Schaltelements S3 antriebswirksam mit der ersten Vorgelegewelle 30 verbunden werden.
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An der zweiten Vorgelegewelle 32 ist ein dem ersten Teilgetriebe zugeordnetes Losrad angeordnet, das durch Schließen eines vierten Schaltelements S4 mit einem ebenfalls an der zweiten Vorgelegewelle 32 angeordneten Losrad entkoppelt von der zweiten Vorgelegewelle 32 verbunden werden kann, wobei dieses weitere Losrad in Eingriff mit dem zweiten Differentialrad 38 ist.
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Die Getriebeantriebswelle 24, die Doppelkupplungsvorrichtung 25, die erste Getriebeeingangswelle 26 und die zweite Getriebeeingangswelle 28 sind auf einer ersten Getriebeachse A1 angeordnet. Die erste Vorgelegewelle 30 ist auf einer zweiten Getriebeachse A2 angeordnet. Die zweite Vorgelegewelle 32 ist auf einer dritten Getriebeachse A3 angeordnet. Der Abtrieb 34 und insbesondere ein Differential des Abtriebs 34 ist auf einer vierten Getriebeachse A4 angeordnet. Die elektrische Antriebsmaschine 14 ist auf einer sechsten Getriebeachse A6 angeordnet.
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Von einer Anbindungsseite der nicht gezeigten Verbrennungsmaschine 16 aus gesehen ist die erste Radsatzebene zum Einrichten der dritten und fünften Gangstufe ausgebildet, wobei die dritte Gangstufe über die erste Vorgelegewelle 30 und die fünfte Gangstufe über die zweite Vorgelegewelle 32 verläuft. Von der Anbindungsseite der nicht gezeigten Verbrennungsmaschine 16 aus gesehen ist die zweite Radsatzebene zum Einrichten der zweiten Gangstufe und der vierten Gangstufe ausgebildet, wobei die vierte Gangstufe über die erste Vorgelegewelle 30 und die zweite Gangstufe über die zweite Vorgelegewelle 32 verläuft.
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Bei dem gezeigten Getriebe 18 handelt es sich folglich um ein Hybridgetriebe, insbesondere um ein konventionelles P2 Hybridgetriebe. Bei dieser Bauform ist die elektrische Antriebsmaschine 14 mit einer Getriebe-Eingangswelle, insbesondere der Doppelkupplungsvorrichtung 25, wirkverbunden, wobei die nicht gezeigte Verbrennungsmaschine 16 über die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 abkoppelbar ist.
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Im gezeigten Beispiel ist die elektrische Antriebsmaschine 14 mit dem Getriebe 18 achsparallel angeordnet und über eine Kette oder eine oder mehrere Stirnradstufen mit der Doppelkupplungsvorrichtung 25 verbunden. Das Hauptgetriebe umfasst ein Doppelkupplungsgetriebe mit zwei Teilgetrieben, wobei zwei der sechs Vorwärtsgangstufen gewunden sind, also als Windungsgangstufen ausgebildet sind. Die erste Windungsgangstufe umfasst die erste Vorwärtsgangstufe V1 und verläuft von den Zahnradpaaren zum Einrichten der dritten Gangstufe über die Zahnradpaare zum Einrichten der vierten Verbrennungsgangstufe zu den Zahnrädern zum Einrichten der zweiten Verbrennungsgangstufe.
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Die zweite Windungsgangstufe umfasst die sechste Vorwärtsgangstufe V6 und verläuft von den Zahnrädern zum Einrichten der vierten Vorwärtsgangstufe über die Zahnräder zum Einrichten der dritten Vorwärtsgangstufe zu den Zahnrädern zum Einrichten der fünften Vorwärtsgangstufe.
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Die ungeraden Gangstufen V3 und V5 sind dem ersten Teilgetriebe zugeordnet, wobei das erste Teilgetriebe der ersten Kupplung K1 der Doppelkupplungsvorrichtung 25 und folglich der ersten Getriebeeingangswelle 26, die als Hohlwelle ausgebildet ist, zugeordnet ist. Die geraden Gangstufen sind dem zweiten Teilgetriebe zugeordnet, wobei das zweite Teilgetriebe der zweiten Kupplung K2 der Doppelkupplungsvorrichtung 25 und somit der zweiten Getriebeeingangswelle 28, die als Vollwelle ausgebildet ist, zugeordnet ist.
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Die Zahnräder zum Einrichten der zweiten Vorwärtsgangstufe, der dritten Vorwärtsgangstufe und der vierten Vorwärtsgangstufe sind jeweils über ein Schaltelement mit einer der beiden Vorgelegewellen 30, 32 verbindbar. Beide Vorgelegewellen 30, 32 sind über ein Ritzel mit dem ersten Differentialrad 36 im Eingriff. Das Losrad zum Einrichten der fünften Vorwärtsgangstufe V5 ist über ein Schaltelement mit einer Hohlwelle verbindbar. Die Hohlwelle ist über ein Ritzel fest mit dem zweiten Differentialrad 38 im Eingriff.
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Das Differential des Getriebes 18 kann über zwei Differentialräder 36, 38 angetrieben werden, wobei über das erste Differentialrad 36 die Gangstufen V1 bis V4 und über das zweite Differentialrad die Gangstufen V5 und V6 eingerichtet werden können.
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Über das Verbindungsschaltelement SK können die beiden Teilgetriebe miteinander verbunden werden und folglich Windungsgänge eingerichtet werden.
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In dem gezeigten Beispiel umfasst das Getriebe 18 keine mechanische Rückwärtsgangstufe. Ein Rückwärtsfahren ist durch Drehrichtungsumkehr der elektrischen Maschine 14 möglich. Eine Voraussetzung hierfür ist, dass der Energiespeicher 20 jederzeit die benötigte Energie bereitstellen kann.
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In der gezeigten Ausführungsform sind das zweite Schaltelement S2 und das vierte Schaltelement S4 sowie das erste Schaltelement S1 und das dritte Schaltelement S3 zu einem Doppelschaltelement jeweils zusammengefasst.
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In 3 ist eine Schaltmatrix 40 gezeigt. In der Schaltmatrix 40 können die Schaltzustände des Getriebes 18 gemäß der 2 beschrieben werden. Hierzu sind in der ersten Spalte die Gangstufen V1 bis V6 benannt. In der zweiten bis zehnten Spalte sind die Zustände der einzelnen Schaltelemente S1, S2, S3, S4, SK, SR bzw. der Kupplungen K0, K1, K2 gezeigt, wobei ein „X“ bedeutet, dass das jeweilige Schaltelement bzw. die jeweilige Kupplung geschlossen ist, also die dem Schaltelement bzw. der Kupplung zugeordneten Getriebebauteile antriebswirksam miteinander verbindet. Es versteht sich, dass, sofern kein „X“ in der Schaltmatrix 40 vorhanden ist, die entsprechende Kupplung bzw. das entsprechende Schaltelement als offen anzusehen ist, also keine Antriebsleistung überträgt.
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Zum Einlegen der ersten Vorwärtsgangstufe V1 sind folglich die Verbrennungsmaschinenkupplung K0, die erste Kupplung K1, das erste Schaltelement S1 und das Verbindungsschaltelement SKzu schließen.
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Die zweite Verbrennungsgangstufe V2 wird durch Schließen der Verbrennungsmaschinenkupplung K0, der zweiten Kupplung K2 sowie des ersten Schaltelements S1 eingerichtet.
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Ein Schließen der Verbrennungsmaschinenkupplung K0, der ersten Kupplung K1 sowie des zweiten Schaltelements S2 richtet die dritte Verbrennungsgangstufe V3 ein.
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Die vierte Verbrennungsgangstufe V4 kann durch Schließen der Verbrennungsmaschinenkupplung K0, der zweiten Kupplung K2 sowie des dritten Schaltelements S3 eingerichtet werden.
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Ein Schließen der Verbrennungsmaschinenkupplung K0, der ersten Kupplung K1 sowie des vierten Schaltelements S4 richtet die fünfte Verbrennungsgangstufe V5 ein.
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Ein Schließen der Verbrennungsmaschinenkupplung K0, der zweiten Kupplung K2, des vierten Schaltelements S4 sowie des Verbindungsschaltelements SK richtet die sechste Verbrennungsgangstufe V6 ein.
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In 4 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform umfasst das Getriebe 18 gemäß der 4 eine mechanische Rückwärtsgangstufe. Die mechanische Rückwärtsgangstufe ist über eine zusätzliche Zwischenwelle 42 realisiert. Auf der Zwischenwelle 42 sind zwei Zahnräder angeordnet. Ein Zahnrad ist als Losrad ausgeführt und kämmt mit einem Losrad auf einer Vorgelegewelle, wobei im gezeigten Beispiel das Losrad mit dem Losrad der zweiten Gangstufe auf der zweiten Vorgelegewelle 32 kämmt. Dieses Losrad ist über das Rückwärtsgangschaltelement SR mit der Zwischenwelle 42 verbindbar. Das zweite Zahnrad der Zwischenwelle 42 ist als Festrad oder Ritzel ausgeführt und kämmt mit dem zweiten Differentialrad 38. Die Zwischenwelle 42 ist auf einer Getriebeachse A5 angeordnet.
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In der gezeigten Ausführungsform sind insgesamt drei Doppelschaltelemente möglich, wobei das zweite Schaltelement S2 und das vierte Schaltelement S4, das erste Schaltelement S1 und das dritte Schaltelement S3 sowie das Verbindungsschaltelement SK und das Rückwärtsgangelement SR jeweils zu einem Doppelschaltelement kombiniert sind.
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In 5 sind in einer Schaltmatrix 44 die Schaltzustände des Getriebes 18 gemäß der 4 gezeigt. Die Schaltmatrix 44 ist dabei analog zu der in 3 gezeigten Schaltmatrix 40, wobei in einer ersten Spalte die Schaltzustände des Rückwärtsgangschaltelements SR aufgenommen sind und die einrichtbaren Gangstufen um die erste Rückwärtsgangstufe R1 ergänzt sind.
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Zum Einrichten der ersten Rückwärtsgangstufe R1 sind die Verbrennungsmaschinenkupplung K0, die zweite Kupplung K2 sowie das Rückwärtsgangschaltelement SR zu schließen. Die übrigen Schaltzustände schalten sich anlog zu der in 3 gezeigten Schaltmatrix 40.
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In 6 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform umfasst das Getriebe 18 eine mechanische Rückwärtsgangstufe. Die mechanische Rückwärtsgangstufe ist über die Zwischenwelle 42 realisiert. Auf der Zwischenwelle 42 sind zwei Zahnräder angeordnet. Eines dieser Zahnräder ist als Losrad ausgeführt und kämmt mit einem Losrad auf der ersten Vorgelegewelle 30, insbesondere dem Losrad zum Einrichten der dritten Vorwärtsgangstufe. Dieses Losrad ist über das Rückwärtsgangschaltelement SR mit der Zwischenwelle 42 verbindbar. Das zweite Zahnrad ist als Festrad oder Ritzel ausgeführt und kämmt mit dem Festrad der zweiten Gangstufe und der vierten Gangstufe auf der zweiten Getriebeeingangswelle 28. Die Doppelschaltelementkonfiguration gemäß der 4 kann ebenso für die 6 angewendet werden.
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Die Schaltzustände können der Schaltmatrix 44 gemäß der 5 entnommen werden, wobei zum Einrichten der Rückwärtsgangstufe R1 zusätzlich das zweite Schaltelement S2 zu schließen ist.
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In 7 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes 18 gezeigt. In der 7 ist eine sogenannte Paketierungsvariante dargestellt. Eine Paketierungsvariante umfasst eine andere Anordnungsreihenfolge der Gangräder und der Schaltelemente. Dabei sind doppelt genutzte gemeinsame Radebenen sowie die erste Radsatzebene bzw. die zweite Radsatzebene direkt nebeneinander angeordnet. Das erste Schaltelement S1 und das dritte Schaltelement S3 liegen auf der dem Abtrieb 34 abgewandten Seite der zweiten Radsatzebene. Das vierte Schaltelement S4, das Rückwärtsgangschaltelement SR, das zweite Schaltelement S2 und das Verbindungsschaltelement SK liegen auf der dem Abtrieb 34 zugewandten Seite der ersten Radsatzebene.
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Das Verbindungsschaltelement SK, welches die Gangräder für die dritte Verbrennungsgangstufe V3 und die vierte Verbrennungsgangstufe V4 verbindet, liegt dabei auf der dem Antrieb 34 zugeordneten Seite des Gangrads für die dritte Verbrennungsgangstufe V3 und ist als direktes Doppelschaltelement mit dem zweiten Schaltelement S2 kombiniert. Hierfür sind das zweite Schaltelement S2 und das Verbindungsschaltelement SK mittels einer als Hohlwelle ausgebildeten Durchführungswelle unter dem Gangrad zum Bilden der dritten Verbrennungsgangstufe V3 hindurchgeführt.
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Es versteht sich, dass diese Paketierungsvariante mit den Ausführungsformen gemäß den 2 und 4 kombiniert werden kann.
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Die Schaltzustände des Getriebes 18 gemäß der 7 können ebenfalls der Schaltmatrix 44 gemäß der 5 entnommen werden, wobei zum Einrichten der Rückwärtsgangstufe R1 zusätzlich das zweite Schaltelement S2 zu schließen ist.
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In 8 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 4 gezeigten Ausführungsform umfasst das Getriebe 18 keine Verbrennungsmaschinenkupplung K0 und keine elektrische Antriebsmaschine 14. Das Getriebe 18 stellt ein konventionelles Doppelkupplungsgetriebe dar. Die erste Getriebeeingangswelle 26 und die zweite Getriebeeingangswelle 28 sind direkt mit der Doppelkupplungsvorrichtung 25 verbunden, wobei die Doppelkupplungsvorrichtung 25 direkt mit der Getriebeantriebswelle 24 verbunden ist. Es versteht sich, dass das konventionelle Doppelkupplungsgetriebe anstatt mit der jedenfalls in 4 gezeigten Variante einer mechanischen Rückwärtsgangstufe auch mit der in 6 gezeigten Variante für eine mechanische Rückwärtsgangstufe kombiniert werden kann.
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Die Schaltzustände des Getriebes gemäß der 8 können der Schaltmatrix 44 gemäß der 5 entnommen werden, wobei durch die feste Verbindung der nicht gezeigten Verbrennungsmaschine 16 mit der Doppelkupplungsvorrichtung 25 die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 als geschlossen interpretiert werden kann.
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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.
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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. Ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 kann beispielsweise in Form eines Computerprogramms realisiert werden, das auf einem Steuergerät für den Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 ausgeführt wird. Ein Computerprogramm kann auf einem nichtflüchtigen Datenträger gespeichert/vertrieben werden, beispielsweise auf einem optischen Speicher oder auf einem Halbleiterlaufwerk (SSD). Ein Computerprogramm kann zusammen mit Hardware und/oder als Teil einer Hardware vertrieben werden, beispielsweise mittels des Internets oder mittels drahtgebundener oder drahtloser Kommunikationssysteme. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 12
- Kraftfahrzeug-Antriebsstrang
- 14
- elektrische Antriebsmaschine
- 16
- Verbrennungsmaschine
- 18
- Getriebe
- 20
- Energiespeicher
- 24
- Getriebeantriebswelle
- 25
- Doppelkupplungsvorrichtung
- 26
- erste Getriebeeingangswelle
- 28
- zweite Getriebeeingangswelle
- 30
- erste Vorgelegewelle
- 32
- zweite Vorgelegewelle
- 34
- Abtrieb
- 36
- erstes Differentialrad
- 38
- zweites Differentialrad
- 40
- Schaltmatrix
- 42
- Zwischenwelle
- 44
- Schaltmatrix
- S1 - S5
- Schaltelemente
- SK
- Verbindungsschaltelement
- SR
- Rückwärtsgangschaltelement
- A1 - A6
- Getriebeachsen
- K0
- Verbrennungsmaschinenkupplung
- K1, K2
- Kupplungen
- V1 - V6
- Verbrennungsgangstufen
- R1
- Rückwärtsgangstufe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016210713 A1 [0005]
- DE 102015205307 A1 [0006]
