DE19859458B4

DE19859458B4 - Getriebe

Info

Publication number: DE19859458B4
Application number: DE19859458A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Reik; Reinhard Dr. Berger; Gunter Hirt; Martin Brandt
Original assignee: LuK GS Verwaltungs GmbH and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1997-12-23
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2018-12-23
Also published as: FR2772859A1; JP4447771B2; IT1303657B1; RU2223182C2; ITMI982815A1; GB2348255B; FR2788321A1; GB2348255A; DE19881999D2; GB0015086D0; US6591705B1; ES2222053A1; FR2772859B1; ES2222053B1; WO1999033682A3; WO1999033682A2; CN1109615C; DE19859458A1; JP2001526999A; CN1286662A

Abstract

Getriebe mit zumindest zwei Wellen, mit einer Mehrzahl von Gangrädern, die als Zahnradpaare der Bildung von Gängen dienen, mit mittels Kupplungen mit einer ersten Welle drehfest verbindbaren Zahnrädern und mit einer Welle drehfest angeordneten Zahnrädern mit einer eingangsseitig angeordneten schaltbaren Anfahrkupplung und einer Elektromaschine, die als Starter des Antriebsmotors des Fahrzeuges und/oder als Generator zur Erzeugung elektrischer Energie aus kinetischer Energie und dessen Rückführung dient, wobei die Elektromaschine über ein Gangrad antreibbar ist oder dieses antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß an diesem Gangrad eine zusätzliche Lastschaltkupplung, über die die Elektromaschine während eines Schaltvorgangs Moment auf den Abrieb überträgt, vorgesehen ist, und dass die Anfahrkupplung und die Lastschaltkupplung zumindest von einer Betätigungseinheit betätigbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit zumindest zwei Wellen, mit einer Mehrzahl von Gangrädern, die als Zahnradpaare der Bildung von Gängen dienen, mit mittels Kupplungen mit einer ersten Welle drehfest verbindbaren Zahnrädern und mit einer Welle drehfest angeordneten Zahnrädern mit einer eingangsseitig angeordneten schaltbaren Anfahrkupplung und einer Elektromaschine, die als Starter des Antriebsmotors des Fahrzeuges und/oder als Generator zur Erzeugung elektrischer Energie aus kinetischer Energie und dessen Rückführung dient, wobei die Elektromaschine über ein Gangrad antreibbar ist oder dieses antreibt.
Nicht lastschaltende Getriebe mit Elektromaschine sind in Kraftfahrzeugen allgemein bekannt. Die DE 40 41 117 A1 offenbart hierzu ein Nutzfahrzeug mit teilautomatisierbaren Getriebe, bei dem die Elektromaschine mittels eines Getrieberades mit der Getriebeeingangswelle verbunden ist.
Die DE 44 01 812 A1 offenbart ein Lastschaltgetriebe, bei dem während einer Schaltung Moment von der Brennkraftmaschine auf den Antrieb übertragen wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Getriebe vorzuschlagen, das lastschaltend ist und die Vorteile einer zusätzlichen Elektromaschine aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 23 wiedergegeben.
Die Erfindung sei anhand der 1 bis 16 näher erläutert, dabei zeigen:
1 bis 7b Ausführungsbeispiele von Getrieben in schematischer Darstellung,
8 einen Ausschnitt aus einem Getriebe in schematischer Darstellung,
9 einen Momentenverlauf in einem Getriebe in schematischer Darstellung,
10 bis 14b Drehmomentverläufe eines Getriebes während einer Schaltung,
15a bis 15f Anordnungsbeispiele einer Elektromaschine im Getriebe und
16 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Getriebes in schematischer Darstellung.
Die 1 zeigt schematisch ein Getriebe 1 eines Kraftfahrzeuges, welches einer Antriebseinheit 2, wie Motor oder Brennkraftmaschine, und einer Anfahr- oder Schaltkupplung 3, wie beispielsweise eine Reibungskupplung, nachgeordnet ist. Das Getriebe 1 weist eine Eingangswelle 4, eine Vorgelegewelle 5 und gegebenenfalls eine zusätzliche Ausgangswelle 6 auf, wobei im Ausführungsbeispiel der 1 die Vorgelegewelle gleich der Ausgangswelle ist. In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist es vorteilhaft, wenn eine zusätzliche Ausgangswelle 6 zur Eingangswelle 4 und zur Vorgelegewelle 5 vorgesehen ist.
Zwischen Motor 2 und Getriebe 1 ist ein Schwungrad 10 angeordnet, auf welchem die Reibungskupplung 3 mit Druckplatte und Kupplungsdeckel angeordnet ist. Ebenso kann statt des starren Schwungrades 10 ein Zweimassenschwungrad vorgesehen sein, welches zwei relativ zueinander verdrehbar gelagerte Schwungmassen aufweist, die entgegen Rückstellkräften beispielsweise von zwischen den Schwungmassen angeordneten Kraftspeichern verdrehbar sind.
Zwischen Kupplungsmitnehmerscheibe 3a und Getriebeeingangswelle 4 ist ein Drehschwingungsdämpfer 11 angeordnet. Dieser weist zumindest zwei relativ zueinander verdrehbar gelagerte scheibenförmige Bauteile 11a, 11b auf, die entgegen Rückstellkräften beispielsweise von zwischen den Bauteilen angeordneten Kraftspeichern 12 verdrehbar sind. Radial außen an der Mitnehmerscheibe sind vorzugsweise Reibbeläge angeordnet.
Die Wellen, wie Eingangswelle, Ausgangswelle und gegebenenfalls Vorgelegewelle sind mittels Lager innerhalb eines Getriebegehäuses drehbar gelagert und in radialer Richtung zentriert und gegebenenfalls in axialer Richtung gelagert. Diese Lager sind jedoch nicht explizit dargestellt.
Die Eingangswelle 4 und die Ausgangswelle 5 sind im wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet angeordnet. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Ausgangswelle auch koaxial zur Eingangswelle angeordnet sein, wobei diese ebenfalls innerhalb des Getriebegehäuses gelagert und zentriert sein kann.
Die Anfahr- oder Schaltkupplung 3 ist in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel beispielsweise als naß laufende Reibungskupplung beispielsweise innerhalb des Getriebegehäuses angeordnet. In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Kupplung 3 beispielsweise als Trockenreibungskupplung beispielsweise innerhalb einer Kupplungsglocke zwischen Motor 2 und Getriebe 1 angeordnet.
Mit der Eingangswelle 4 des Getriebes 1 sind die Gangräder 20, 21, 22, 23, 24 und 25 axial fest und drehfest verbunden. Die Gangräder 20 bis 25 kämmen Zahnräder 30, 31, 32, 33, 34 und 35, wie Losräder, die auf der Vorgelegewelle 5 verdrehbar und mittels Kupplungen mit der Welle 5 drehfest verbindbar sind. Zwischen Zahnrad 25 und Zahnrad 35 ist das Zwischenzahnrad 36 zur Drehrichtungsumkehr angeordnet. Die Zahnradpaarung 25, 35, 36 stellt somit die Paarung für den Rückwärtsgang R dar. Die Zahnradpaarung 24, 34 stellt die Paarung für den ersten Gang dar. Die Zahnradpaarung 23, 33 stellt die Paarung für den zweiten Gang dar. Die Zahnradpaarung 22, 32 stellt die Paarung für den dritten Gang dar. Die Zahnradpaarung 21, 31 stellt die Paarung für den vierten Gang dar. Die Zahnradpaarung 20, 30 stellt die Paarung für den fünften Gang dar. Die Losräder 30 bis 35 können in einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel auch auf der Eingangswelle angeordnet sein und die Gangräder auf der Vorgelegewelle. In einem weiteren Ausführungsbeispiel können auf jeder Welle sowohl Los- als auch Gangräder vorgesehen sein.
Die Zahnräder 30, 31 sind unter axialer Verlagerung der Kupplung 40, wie Schiebemuffe, mit der Vorgelegewelle 5 drehfest formschlüssig verbindbar. Gleiches gilt für die Zahnräder 32, 33 welche unter axialer Verlagerung der Schiebemuffe 41 mit der Vorgelegewelle 5 drehfest formschlüssig verbindbar sind. Dies gilt auch für die Zahnräder 34, 35, welche unter axialer Verlagerung der Schiebemuffe 42 mit der Ausgangswelle 5 formschlüssig verbindbar sind. Dabei kann nur jeweils ein Zahnrad mittels einer Schiebemuffe mit der Welle verbunden werden, da die Schiebemuffen durch die axiale Verlagerung in die eine oder in die andere axiale Richtung eine formschlüssige Verbindung zwischen Welle und Zahnrad erzeugen kann und die Schiebemuffen jeweils zwischen zwei Zahnrädern angeordnet ist.
Das Getriebe 1 weist, wie dargestellt, drei Baugruppen auf, die durch jeweils zwei Zahnradpaare und eine dazwischen angeordnete Kupplung, wie Schiebemuffe, gebildet sind. Die eine Baugruppe A ist durch die Zahnradpaare 20, 30 und 21, 31 und die Schiebemuffe 40 gebildet. Die zweite Baugruppe B ist durch die Zahnradpaare 22, 32 und 23, 33 und die Schiebemuffe 41 gebildet. Die dritte Baugruppe C ist durch die Zahnradpaare 24, 34 und 25, 35, 36 und die Schiebemuffe 42 gebildet.
Die Kupplungen 40, 41 und/oder 42 können vorteilhaft als formschlüssige Kupplungen, wie Klauenkupplungen, gebildet sein. Ebenso können sie in einem weiteren Ausführungsbeispiel als reibschlüssige Kupplungen mit konischen oder ebenen kreisringförmigen Reibflächen mit einer oder mehr als einer Reibfläche, wie als Lamellenkupplung, ausgebildet sein. Weiterhin können sie in einem anderen Ausführungsbeispiel mit einer Synchronisiereinrichung mit einem oder mehr als einem Synchronisierring 50 ausgebildet sein. Ebenso können auch Kombinationen von reibschlüssigen und formschlüssigen Kupplungen ausgebildet sein.
Wie zu erkennen ist, bilden die Zahnradpaare des ersten und Rückwärtsganges die erste Baugruppe und die Zahnradpaare des zweiten und dritten Ganges die zweite Baugruppe und die Zahnradpaare des vierten und fünften Ganges die dritte Baugruppe. Es können auch andere erfindungsgemäße Baugruppen zusammengestellt werden.
Die Schiebemuffen 40, 41 und 42 zur Schaltung der Gänge des Getriebes 1 werden durch die Betätigungseinheiten 60, 61, 62 betätigt, wie axial verlagert, wobei zwischen den Betätigungseinheiten und den Schiebemuffen jeweils eine Verbindung, wie ein Gestänge, eine hydrostatische Strecke oder ein Seilzug oder ein Bowdenzug oder eine Schaltwelle vorgesehen ist. Die Betätigungseinheit kann einen elektromotorischen, einen elektromagnetischen und/oder einen druckmittelbetätigten Antrieb, wie beispielsweise eine Hydraulikeinheit, vorsehen.
In zumindest einer Verbindung zwischen Betätigungseinheit und Schiebemuffe kann eine Übersetzung i vorgesehen sein.
Entsprechende erfindungsgemäße Getriebe können auch beispielsweise mit einem Vierganggetriebe mit Rückwärtsgang (vier Vorwärtsfahrgänge) oder mit einem Sechsganggetriebe mit Rückwärtsgang (sechs Vorwärtsfahrgänge) ohne Beschränkung der Allgemeinheit ausgebildet werden.
Zur Detektion der Getriebeausgangsdrehzahl, der Drehzahl der Welle 5 ist ein Drehzahlsensor 70 vorgesehen. Zur Detektion der Getriebeeingangsdrehzahl, der Drehzahl der Welle 4 kann weiterhin ein zusätzlicher Drehzahlsensor vorgesehen sein. Zur Detektion der Motordrehzahl ist ein Drehzahlsensor 71 vorgesehen. Zur Steuerung der Betätigung von Anfahr/Schaltkupplung und der Kupplungen zur Getriebeübersetzungsänderung ist eine elektronische Steuereinheit vorgesehen, die mit Speicher und Computereinheit versehen ist und anhand der eingehenden Signale Steuersignale generiert zur Ansteuerung der Betätigungseinheiten. Die Drehzahlen von Wellen können auch anhand gemessener Drehzahlen von anderen Wellen mit der gegebenen Übersetzung berechnet werden.
Mit einem der Zahnräder 30 bis 34 ist eine Kupplung 80, wie Lastschaltkupplung, verbunden, die das Zahnrad mit der Welle 5 verbindet, wenn sie eingerückt ist. Die Kupplung 80 ist über den Betätigungsaktor 65 über die Verbindung 65b betätigbar, wie einrückbar und ausrückbar. Die Kupplung 80 wird mit dem vorteilhaft mit dem gleichen Betätigungsaktor oder einem separaten Aktor betätigt, wie die Anfahr- oder Schaltkupplung 3, die mittels des Betätigungsaktors 65 mittels der Verbindung 65a ein- und ausrückbar ist.
Vorteilhaft ist es, wenn die Kupplung 80 an dem axialen Ende der Welle 5 angeordnet ist, die der Kupplung 3 benachbart ist. In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist es zweckmäßig, wenn die Kupplung 80 an dem axialen Ende der Welle 5 angeordnet ist, die der Kupplung 3 entgegengesetzt ist.
Über ein Zahnrad des Getriebes, wie beispielsweise Zahnrad 20 bis 24 treibt die Elektromaschine, wie Starter, Generator oder auch Startergenerator 90 des Antriebsmotors die Welle 4 an. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Starter und der Generator zu einer kombinierten Elektromaschine, wie Starter-Generator, zusammengefaßt ist. Die Elektromaschine kann somit den Antriebsmotor starten, in einem weiteren Betriebsmodus jedoch auch Drehmoment an den Abtrieb des Getriebes geben und somit eine Antriebsunterstützung zu dem Antriebsmotor liefern. In geeigneter Weise kann die Elektromaschine bei geringen Drehmoment- oder Leistungsanforderungen auch alleine zum Antrieb des Fahrzeuges zumindest kurzfristig oder kurzzeitig verwendet werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Elektromaschine dazu verwendet werden, um aus der kinetischen Energie des Fahrzeuges einen Teil der Energie in elektrische Energie umzuwandeln und beispielsweise in einer Batterie zu speichern. Dies kann beispielsweise im Schubbetrieb des Motors 2 beispielsweise bei Bergabfahrten und/oder bei Bremsvorgängen des Fahrzeuges erfolgen. Ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Getriebe kann dadurch in vorteilhafter Art den Treibstoffverbrauch und die Schadstoffemission senken. Die Elektromaschine hebt bei Schaltvorgängen ein Momentenniveau an.
Die Elektromaschine 90 kann gemäß 1 beispielsweise von einem Zahnrad angetrieben werden und parallel zu der Getriebeeingangswelle oder der Getriebeausgangswelle angeordnet sein. Zwischen einem Gangrad beispielsweise 20 und dem Antriebsritzel 91 der Elektromaschine 90 kann ein Zwischenzahnrad 92 vorgesehen sein. Auch kann die Elektromaschine mittels Riemen oder Kette angetrieben werden. Zur Übersetzung und Antrieb von/zu der Elektromaschine kann ein stufenlos einstellbares Getriebe, ein Stufengetriebe, ein umschaltbares oder ein fest eingestelltes Getriebe dienen.
Die Lastschaltung wird dadurch erreicht oder durchgeführt, daß der Verbrennungsmotor 2 inklusive Eingangswelle 4 mittels einer Lastschaltkupplung 80 gegen den Abtriebstrang des Fahrzeuges gebremst wird. Die kinetische Energie des Motors 2 wird somit teilweise in kinetische Energie des Fahrzeugs umgewandelt.
Es ist zumindest ein Kupplungsbetätigungsaktor vorgesehen, der sowohl die Anfahrkupplung oder Schaltkupplung 3 als auch die Lastschaltkupplung 80 betätigt. Vorteilhaft ist dabei, daß die Anfahrkupplung 3 zumindest teilweise geschlossen ist, während die Lastschaltkupplung betätigt wird. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist es zweckmäßig, wenn die Anfahrkupplung bereits vollständig geschlossen ist.
Die Losräder können auf der Eingangswelle oder Vorgelegewelle mit dieser über Kupplungen oder Schiebemuffen verbindbar angeordnet sein. Die Losräder können durch Schaltkupplungen mit der Welle verbunden werden; Schiebemuffen verbinden die Vorgelegewelle 5 mit den Losrädern durch beispielsweise Klauenkupplungen. Die formschlüssige Kupplung von Gang 1 oder R kann mit einer Reibkupplung, wie Synchronisierung, kombiniert sein, siehe den Synchronring 50 für Gang 1 und R. Die Kupplungen 40, 41, 42 werden durch mindestens einen Betätigungsaktor betätigt.
Eine leistungsfähige Reibkupplung 80, wie Lastschaltkupplung, verbindet das Losrad 30 eines hohen Ganges, wie beispielsweise des fünften Ganges, mit der Welle 5. Ein Kupplungsbetätigungsaktor 65 betätigt sowohl die Lastschaltkupplung 80 als auch die Anfahrkupplung 3. Der Betätigungsweg des Kupplungsbetätigungsaktors ist derart aufgeteilt, daß die Lastschaltkupplung 80 erst dann geschlossen werden kann, wenn die Anfahrkupplung 3 geschlossen wurde.
Das System umfaßt weiterhin eine elektronische Steuereinheit mit Mikroprozessor zur elektronischen Steuerung des Getriebes und der Kupplungen, eine Drehzahlerfassung, eine elektronische Drosselklappensteuerung oder Motorbefüllung und ein elektronisches Motorsteuerungssystem für den Verbrennungsmotor, ein manuell betätigbares Element zur Gangwahl, wie Hebel, Schalter oder ähnliches zur manuellen und/oder automatisierten Gangwahl, eine Anzeige im Fahrzeuginnenraum zur Ganganzeige.
Für einen Anfahrvorgang wird ein niedriger Gang (Gang 1 oder 2) im Getriebe eingelegt. Die Anfahrkupplung 3 schließt durch die Betätigung des Betätigungsaktors 65, während der Motor 2 unter Gaspedalbetätigung Drehmoment aufbaut, um das Fahrzeug zu beschleunigen. Der Anfahrvorgang ist abgeschlossen, wenn die Anfahrkupplung haftet. Das Motormoment wird nun über die geschlossene Kupplung und den eingelegten Gang auf die Abtriebswelle 5 übertragen.
Die 2 zeigt ausschnittweise ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Getriebes, bei welchem die Losräder 230, 231 der Gänge vier und fünf auf der Welle 204, wie Antriebswelle oder Eingangswelle, drehbar angeordnet sind und mittels der Schiebemuffe oder Kupplung 240 mit der Welle drehfest verbindbar sind, wenn diese axial verlagert wird. Ebenso ist die Lastschaltkupplung 280 auf der Antriebswelle angeordnet. Die Gangräder 220 und 221 der Gänge vier und fünf sind auf der Abtriebswelle oder Vorgelegewelle angeordnet und mit dieser drehfest verbunden. Die Losräder 32 bis 35 sind auf der Welle 205 angeordnet, die entsprechenden Gangräder auf der Welle 204.
Die Synchronisierung des ersten Ganges, wie zwischen dem Zahnrad 34 und der Schiebemuffe 42 ist als Mehrfachkonussynchronisierung 250, wie Doppelkonus, ausgebildet.
Die elektrische Maschine 290, wie Starter-Generator oder Starter (Anlasser) oder Generator (Lichtmaschine) treibt in dem Ausführungsbeispiel ein Gangrad des dritten Ganges an. Sie kann auch ein Gangrad eines anderen Ganges antreiben.
Die 3 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Getriebes, bei dem der Rückwärtsgang R mittels des Gangrades 225, das drehfest auf der Eingangswelle angeordnet ist und dem axial verlagerbaren Zwischenzahnrad 237 und einer Verzahnung an der mit der Ausgangswelle drehfesten Schiebemuffe 238 betätigt wird. Zum Einlegen der Rückwärtsganges wird das axial verlagerbare Zwischenzahnrad 237 mittels eines Betätigungsaktors 295 axial verlagert, so daß eine formschlüssige Verbindung zwischen 225, 237 und 238 vorliegt.
Die 4 und 5 zeigen Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Getriebes, bei welchem ein der Abtriebswelle 205 nachgeschaltetes Differential 299, 298 dargestellt ist. In der 4 ist das Differential 299 der Abtriebswelle oder Vorgelegewelle 205 an dem axialen Endbereich im Drehmomentfluß nachgeordnet, die dem Antriebsmotor und der Anfahrkupplung entgegengesetzt ist. In der 5 ist das Differential 298 der Abtriebswelle oder Vorgelegewelle 205 an dem axialen Endbereich im Drehmomentfluß nachgeordnet, die dem Antriebsmotor 2 und der Anfahrkupplung benachbart ist.
Die 6 zeigt in einem Ausführungsbeispiel ein Getriebe 300, das im wesentlichen die konstruktiven Grundzüge des Getriebes 1 der 1 aufweist, wobei zur Betätigung der Kupplungen oder Schiebemuffen zum Schalten der Gänge zwei Betätigungsaktoren 360, 361 wie in 3a gezeigt verwendet werden. Diese schalten oder betätigen die Kupplungen oder Schiebemuffen 340, 341, 342 über einen Mechanismus 350, der beispielsweise eine Auswahl zwischen den Schiebemuffen mittels einem Aktor 360 und eine Betätigung der ausgewählten Schiebemuffe mittels des anderen Aktors 361 durchführt.
Mit dem Losrad 330 des fünften Ganges ist eine Lastschaltkupplung 310, wie beispielsweise Reibungskupplung, verbunden, die das Losrad 330 mit der Welle 305 drehfest verbindet, wenn sie eingerückt wird. Weiterhin ist mit dem Losrad 335 des ersten Ganges eine zweite Lastschaltkupplung 320, wie beispielsweise Reibungskupplung, verbunden, die das Losrad 335 mit der Welle 305 drehfest verbindet, wenn sie eingerückt wird. Somit können entweder die Kupplung 310 oder die Kupplung 320 zur Lastschaltfähigkeit also zur zugkraftunterbrechungsfreien Gangschaltung eingerückt werden, wie dies bereits oben beschreiben ist. Zur Betätigung der Kupplungen 310 und 320 stehen Betätigungsaktoren 362 und 363 mit Übertragungsgliedern 362a und 363a zur Verfügung. Als Übertragungsglieder dienen Gestänge, Bowdenzüge, Hydraulikverbindungen mit Geber- und Nehmerzylinder oder ähnliches. Als Aktoren können elektromotorisch angetriebene Aktoren mit Über- oder Untersetzungsgetriebe eingesetzt werden. Ebenso ist es vorteilhaft, wenn in einem anderen Ausführungsbeispiel hydraulisch betätigte Aktoren verwendet werden.
Die 7a und 7b zeigen Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Getriebe 400, bei welchen die Anfahrkupplung 403 innerhalb einer Kupplungsglocke eines Getriebes 400 aber außerhalb des eigentlichen abgeschlossenen Getriebegehäuses 401 angeordnet ist. Dabei ist die Kupplungsglocke ein halboffener Raum 402, der durch ein am Getriebe angeordnetes Kupplungsglockengehäuse teilweise begrenzt wird, wobei diese Kupplungsglocke am Motor des Fahrzeuges befestigt wird und somit die Kupplungsglocke zumindest bis auf geringfügige Öffnungen abgeschlossen ist.
Im Ausführungsbeispiel der 7a ist die Lastschaltkupplung 480 zur Verbindung des Losrades 430 mit der Welle 404 innerhalb der Kupplungsglocke, im Raumbereich 402, angeordnet. Die Verbindung zu dem Losrad erfolgt über eine Hohlwelle, die durch ein Öffnung in der Gehäusewandung tritt, wobei durch die Hohlwelle ebenfalls die Welle 404 durch die Gehäusewandung tritt. Die beiden Kupplungen 403 und 480 sind in dem Kupplungsglockenraum 402 angeordnet und können vorteilhaft als Reibungskupplungen, wie Trockenreibungskupplungen, ausgebildet sein. Die Welle 404 und die Hohlwelle zwischen Kupplung 480 und dem Losrad 430 sind vorteilhaft mittels Lagermitteln 450 gehäuseseitig gelagert.
Im Ausführungsbeispiel der 7b ist die Lastschaltkupplung 480 zur Verbindung des Losrades 430 mit der Welle 404 innerhalb des Getriebegehäuses, im Raumbereich 400a, angeordnet. Die Verbindung zu dem Losrad erfolgt über eine Hohlwelle. Die Kupplung 403 ist in dem Kupplungsglockenraum 402 angeordnet und kann vorteilhaft als Reibungskupplung, wie Trockenreibungskupplung, ausgebildet sein. Die Lastschaltkupplung 480 ist innerhalb des Getriebegehäuses angeordnet und kann vorteilhaft eine nass laufende Reibungskupplung, wie Lamellenkupplung sein. Die Welle 404 ist vorteilhaft mittels Lagermitteln 450 gehäuseseitig gelagert.
Die Lastschaltkupplung 80, 480 kann in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen mit jeweils einem anderen Losrad eines anderen Ganges und der entsprechenden Welle verbunden sein. Vorzugsweise ist sie mit dem Losrad des höchsten Gangs verbunden.
Ist die Lastschaltkupplung 80 am Losrad 30 des höchsten Ganges angeordnet oder mit diesem verbunden, so können bei Zug-Hochschaltung alle Gänge unter Last geschaltet werden. Ist die Lastschaltkupplung am Losrad eines niedrigeren Ganges (wie beispielsweise 4. oder 3. Gang) angebracht, so können die diesbezüglich höheren Gänge nicht mehr unter Last geschaltet werden. Jedoch ergibt sich der Vorteil, daß der Zugkrafteinbruch der lastschaltenden Gänge geringer ausfällt. Die Lastschaltkupplung 80 kann wie jedes Losrad auf der Eingangswelle 4 oder der Vorgelegewelle 5 angeordnet sein. Vorzugsweise ist sie jedoch auf der Eingangswelle 4 angeordnet. In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Lastschaltkupplung auf der Vorgelegewelle angeordnet.
Vorzugsweise ist die Lastschaltkupplung 80 räumlich nahe der Kupplungsglocke im Getriebegehäuse angeordnet oder sogar direkt am Drehlager der Eingangswelle angeordnet.
Die Lastschaltkupplung kann im beölten Raum des Getriebes oder in der Kupplungsglocke angeordnet sein.
Die Reihenfolge bzw. Anordnung der Gänge ist frei wählbar, da man aufgrund der automatisierten Betätigung des Getriebes keine Gangfolge wie bei Handschaltgetrieben benötigt. Dies kann vorteilhaft bedeuten, daß die jeweils zwei Gänge, die mit einer Schiebemuffe geschaltet werden, auch nicht benachbarte Gänge sein müssen, wie dies bei Handschaltgetrieben der Fall ist.
Für lastschaltende Schub-Rückschaltungen sind prinzipiell auch leistungsfähige Sperrsynchronisierungen zum Schalten des ersten Ganges wirkungsmäßig zwischen Schiebemuffe und Losrad einsetzbar. Bei solchen Systemen erbringt die Sperrsynchronisierung einen Teil des Drehmomentes, der Verbrennungsmotor den anderen Teil des Drehmomentes zur Synchronisierung der Eingangswelle und des Verbrennungsmotors auf. Somit ist die Zugkraft aber nicht völlig unterbrochen, sondern ein Teil des Drehmomentes wirkt auf den Antriebsstrang des Fahrzeuges mit der Kardanwelle und den angetriebenen Rädern.
Die Lastschaltkupplung kann vorteilhaft als eine der folgenden Kupplungen ausgebildet werden:

• Naß laufende Kupplung
• Trocken laufende Kupplung
• Scheibenkupplung
• Konuskupplung mit konischer/konischen Reibfläche/n
• eine Reibfläche
• zwei Reibflächen
• mehrere Reibflächen (wie beispielsweise Lamellenkupplung)

Die Kupplungen oder Schiebemuffen zum verbinden der Losräder mit der Welle können vorteilhaft wie folgt ausgebildet sein:

• formschlüssige Kupplung, wie Klauenkupplung,
• reibschlüssige Kupplung

Um den Wirkungsgrad des Getriebes zu optimieren ist es besonders vorteilhaft, wenn die Kupplungen oder Schiebemuffen zur Verbindung von Welle und Losrad im wesentlichen ohne äußeren zusätzlichen Energieaufwand geschlossen zu halten. Diesbezüglich können formschlüssige Kupplungen eingesetzt werden. Um eine reibschlüssige Kupplung ohne Energieaufwand geschlossen zu halten, können vorteilhaft kraft- oder energiespeichernde Elemente, wie beispielsweise Federn, vorgesehen sein, die die Reibflächen gegeneinander beaufschlagen. Ebenso können Ziehkeilgetriebe oder federbeaufschlagte Reibkupplungen verwendet werden.
Die Verzahnung des Formschlußes bei formschlüssigen Kupplungen kann verschieden ausgeführt sein, wie beispielsweise: glatt mit Rundung, konvexe Klaue, Berliet-Klaue oder Abweisklaue.
Es kann vorteilhaft sein, den Ersten- und/oder den Rückwärtsgang mit einer Synchronisierung mit Synchronisierringen auszustatten. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann es zweckmäßig sein, wenn zumindest einzelne Gänge mit einer Synchronisierung mit Synchronisierringen ausgestattet sind.
Die Losräder 30 bis 35 und Kupplungen 40 bis 42 können bei Getrieben mit Vorgelegewelle unterschiedlich angeordnet werden. Das Losrad eines jeden Ganges kann entweder auf der Eingangswelle oder auf der Vorgelegewelle angeordnet sein. Somit kann auch die Lastschaltkupplung in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen auf der einen oder der anderen Welle angeordnet sein.
Das Getriebe kann derart ausgelegt sein, daß es beispielsweise als Vierganggetriebe, Fünfganggetriebe oder auch Sechsganggetriebe oder als anderes Mehrgangschaltgetriebe ausgebildet ist.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des erfinderischen Getriebes kann vorteilhaft in Front-Quer-Anordnung in dem Fahrzeug angeordnet werden. Ein anderes Ausführungsbeispiel kann eine vorteilhafte Front-Längs-Anordnung vorsehen, wobei es auch für andere vorteilhafte Triebstrangstrukturen vorsehbar ist.
Die Betätigungsaktoren 60, 61, 62, 65, 101, 102, 105 und/oder 363 können in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen vorteilhaft mit Elektromotoren mit einer rotatorischen Ausgangsbewegung eines Ausgangselementes, Elektromotoren mit linearer Ausgangsbewegung, wie beispielsweise auch Linearmagnet, hydaulische Drehaktoren (wie beispielsweise Zahnradpumpe, Flügelzellenpumpe, etc.), hydraulische Linearaktoren (wie Kolben-/Zylindereinheiten etc.), pneumatische Drehaktoren (Flügelzellenpumpe, etc.), pneumatische Linearaktoren (Kolben, etc.), piezoelektrische Aktoren, und thermomechanische Aktoren ausgebildet sein.
Zwischen den Motoren und den Betätigungselementen kann der Betätigungsaktor Übersetzungsgetriebe aufweisen, wie beispielsweise mechanische Getriebe nach der folgenden Art: Hebel, Keil, Kurvengetriebe, Spindel, Schnecke, Stirnrad, Planetensatz, etc., hydraulische Getriebe, pneumatische Getriebe (Geber-/Nehmerzylinder oder allgemein Druckmittelgetriebe.
Zur Anlenkung des angesteuerten Elementes kann je nach Ausführungsbeispiel eine der folgenden Formen der Übertragungsstrecke vorteilhaft verwendet werden. Nachstellbare oder selbsteinstellende Übertragungsstrecken können eingesetzt werden, wie mechanische Strecken wie Hebel, Seilzug, Stange, Schieber, Keil, Kurvengetriebe etc., hydrostatische Strecke, wie Geber-/Nehmerzylinder mit/ohne Schnüffelbohrung, hydrodynamische Strecke, pneumatische Strecke.
Die Betätigungsaktoren zur Betätigung des Gangwechsels und der Auswahl des nachfolgenden Ganges können auch durch Zwischengetriebe 110 zusammengefaßt werden. So ist es möglich mehr Gangpaare zu schalten als Aktoren gegeben sind. Beispiele hierfür sind Verteilergetriebe entsprechend des H-Schaltbildes oder eine Schaltwalze, welche beliebig viele Gänge mit einem Aktor schaltet.
Die Kupplung, wie Anfahrkupplung 3 oder Lastschaltkupplung 80, kann als konventionelle gedrückte oder gezogene Kupplung ausgebildet sein, die durch einen Federvorspannung eines Kraftspeichers in einem nicht betätigten Zustand von dem Kraftspeicher eingerückt gehalten wird. Weiterhin kann die Kupplung eine kraftreduzierte, selbstnachstellende Kupplung sein, die einen Verschleiß beispielsweise der Reibbeläge selbsttätig ausgleicht. Die Kupplung kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel auch eine zugedrückte Kupplung sein, die mittels des Aktors zumindest teilweise oder mit einer Teilkraft betätigt werden muß, damit sie eingerückt ist.
Vorteilhaft ist ein Torsionsschwingungsdämpfer im Antriebsstrang beispielsweise mit einer Feder-Dämpfer-Einheit 11 zwischen Anfahr-/Schaltkupplung und Motor. Dieser Dämpfer kann in die Kupplungsscheibe oder in ein Zweimassenschwungrad integriert sein.
Die Sensoren 70, 71, wie Drehzahlsensoren, detektieren die Drehzahlen von Motor und Getriebe. Wobei die Abtriebsdrehzahl auch aus den Raddrehzahlen zurückgerechnet werden kann. Weiterhin kann es zweckmäßig sein, wenn ein Drehzahlsensor an der Eingangswelle angeordnet ist.
Weiterhin kann zum erfindungsgemäßen Getriebe eines Kraftfahrzeuges weiterhin erfindungsgemäß gehören:

• Steuereinheit mit Mikroprozessor mit Signalverarbeitung, Elektronik, Steuerlogik, Signalverstärkern, Datenbus-Systemen etc.
• Anzeigesysteme wie Warnlampe, Warntongeber, Ganganzeige etc.
• Bedienelement wie Schaltknauf, Schalter, etc.
• Programme mit Wahlelement zur Auswahl von: Automatik, manuelle Gangwahl, Winter, Sport, Fahrererkennung etc.
• Elektronische Motorsteuerung mit elektronischer Kraftstoffzufuhrsteuerung, wie E-Gas, am Verbrennungsmotor (elektromotorisch, elektronisch, etc.)
• Sensorik zur Detektion der Motordrehzahl, Raddrehzahl, Türöffnungserkennung, Motorhaubenöffnungserkennung, etc.
• Daten- und Steuersignalkommunikation zwischen Getriebesteuergerät und Motorsteuergerät des Verbrennungsmotors.

Bei einem oben genannten Getriebe kann eine Elektromaschine, wie Starter, wie Anlasser, Generator, wie Lichtmaschine, Starter-Generator, Retarter/Zusatzantrieb integrieren. Hierbei handelt es sich vorteilhaft um eine Elektromaschine die folgende Funktionen erfüllt, wie Starten des Verbrennungsmotors und Erzeugen des elektrischen Stromes für das Bordnetz des Kraftfahrzeuges und gegebenenfalls als elektrische Bremse mit Energierückgewinnung, wobei überschüssige elektrische Energie wieder dem Antrieb zugeführt wird. Vorteilhaft kann die Elektromaschine für die Synchronisierung des Getriebes unterstützend wirken und kann ebenso vorteilhaft eingesetzt werden, um bei stehendem Fahrzeug die Eingangswelle des Getriebes auf Drehzahl Null abzubremsen. Dadurch können in einzelnen Ausführungsbeispielen die Synchronringe im 1. bzw. Rückwärtsgang eingespart werden. Auch um Drehmomentrückgänge während Schaltphasen zu glätten, ist die Elektromaschine vorteilhaft gezielt ansteuerbar um in diesen Phasen Drehmoment zur Verfügung zu stellen.
Die Elektromaschine wirkt auf die Getriebeeingangswelle oder greift an dieser an, wobei diese vorzugsweise achsparallel zur Getriebeeingangswelle angeordnet ist. Die Elektromaschine kann den Verbrennungsmotor oder die Eingangswelle direkt oder über ein Zwischengetriebe antreiben. Dieses Zwischengetriebe kann eine konstante oder variable Übersetzung haben. Es kann zwischen mehreren konstanten Übersetzungen umgeschaltet werden, oder die Übersetzung stufenlos eingestellt werden. Eine Übersetzung kann beispielsweise fliehkraftgesteuert oder mittels eines Aktors erfolgen.
Die Drehbewegung der Elektromaschine kann auf die Motorwelle oder Eingangswelle des Getriebes durch die folgenden Übertragungsmittel übertragen werden:

• Verzahnungen (Stirnrad, Kegelverzahnung etc.)
• Umschlingungsgetriebe (Ketten, Keilriemen, Zahnriemen etc.)
• Hydraulische Getriebe (Pumpe/Motor etc.)
• Reibgetriebe, wie Reibradgetriebe, Toroidgetriebe oder Kugelplanetgetriebe

Der Startvorgang kann dabei unter anderem auf zweierlei Arten erfolgen. Entweder die Elektromaschine beschleunigt den Verbrennungsmotor direkt, oder die Elektromaschine wird zu erst alleine angetrieben und treibt dann ausgehend von der höheren Drehzahl den Verbrennungsmotor an, weil beispielsweise eine Reibkupplung geschlossen wurde. Ein solcher Motorstart bietet sich über die Anfahrkupplung an, nachdem die Elektromaschine zuvor die Eingangswelle des Getriebes beschleunigt hat.
Die 8 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform, bei welcher die Elektromaschine 1101 parallel zur Getriebeeingangswelle 1102 angeordnet ist und über ein Zwischenzahnrad 1103 mit oder ohne Getriebe 1104 oder auch direkt das Schwungrad 1105 des Verbrennungsmotors 1106 antreiben kann oder mit diesem in Antriebsverbindung steht. Das Getriebe kann dabei zwischen Welle der Elektromaschine und dem Antriebsritzel der Elektromaschine geschaltet sein. Weiterhin ist eine Kupplung 1107 mit Dämpfer 1108 zu erkennen, sowie ein Betätigungsaktor 1109.
Die 9 zeigt ein Getriebe 1200 mit Lastschaltkupplung 1201 zur Betätigung oder zum Einlegen des 1-ten oder 5-ten Ganges, vorzugsweise des höchsten Ganges oder zweier Gänge. Die Lastschaltkupplung 1201 verbindet somit den Antriebsmotor über die Getriebeeingangswelle 1202 mit der Abtriebswelle 1203. Die Lastschaltkupplung ist vorzugsweise als Reibkupplung ausgebildet.
Bei Fahrzeugen ist es zur Sicherstellung einer Parksperre gegen ein unbeabsichtigtes Wegrollen des Fahrzeuges an einer Steigung oder am Gefälle vorteilhaft, wenn diese Parksperre kostengünstig realisiert werden kann.
Das Getriebe der 12 ermöglicht eine solche Parksperre sicher, wenn ein Gang im Getriebe eingelegt wird, wobei die Zahnradgruppe des Ganges nicht mit der Lastschaltkupplung verbunden ist. Beispielsweise ist der 2. Gang eingelegt mit der Schaltung der Gruppe Losrad 1210 und Gangrad 1211. Dabei ist das Losrad 1210 mittels der Kupplung, wie formschlüssige Kupplung, 1213 mit der Welle 1214 verbunden. Wird anschließend die reibschlüssige Lastschaltkupplung 1201 eingerückt, wird der 1. Gang oder ein anderer Gang mit Lastschaltkupplung ebenfalls geschaltet und das Getriebe wird blockiert und der Abtrieb wird verriegelt.
In den vorhergehenden Figuren ist der Aufbau eines erfindungsgemäßen lastschaltenden Getriebes beschrieben.
Durch die Integration einer Elektromaschine in ein derartiges lastschaltendes Getriebe mit Lastschaltkupplung gegen den Abtrieb können die oben beschriebenen Vorteile erzielt werden. Besonders vorteilhaft ist der unterstützende Einsatz der Elektromaschine während den Schaltvorgängen und als Generator zur Rückspeisung kinetischer Energie in elektrische Energie. Mittels der Elektromaschine kann die mit einem Gangwechsel verbundene Zugkraftreduktion, selbst bei Vollastschaltungen, vollständig kompensiert werden. Des weiteren kann die Elektromaschine, insbesondere bei Teillastschaltungen, parallel zur Lastschaltkupplung zur Momentensteuerung des Abtriebsmomentes eingesetzt werden. Hierdurch sind Momentenverläufe in Schaltvorgängen realisierbar, die Momentenverläufe als Funktion der Drehzahl bei stufenlos einstellbaren Getrieben, wie CVT-Getrieben ähnlich sind. Zusätzlich kann die Elektromaschine unterstützend bei den kritischen Phasen eines Gangwechsel eingreifen, indem sie durch gesteuerte Momentenübertragung auf den Abtrieb die Momentenfreiheit der zu öffnenden Schaltkupplung sicher stellt. Der Synchronisationsvorgang des Getriebes kann ebenfalls durch den Einsatz der Elektromaschine aktiv verkürzt werden.
Das den Beschreibungen zu Grunde liegende Anordnungsschema des Lastschaltgetriebes mit integrierter Elektromaschine ist in 9 dargestellt. Es handelt sich um ein Vorgelegegetriebe mit einer Lastschaltkupplung 1201 die sowohl den ersten als auch den fünften Gang gegen den Abtrieb abstützen kann, je nach dem, in welcher Richtung die Kupplung 1201 geschaltet ist. Die Elektromaschine 1220 wirkt, je nach Ausführung, mit oder ohne Übersetzung auf die Getriebeeingangswelle, beispielsweise über eine Zahnradstufe oder einen Riemen oder eine andere Antriebsanordnung.
Vorteilhaft ist es, wenn die von der Elektromaschine 1220 auf den Getriebeeingang abgegebene Leistung kurzzeitig die Leistung des Verbrennungsmotor übersteigen kann, jedoch langfristig bedeutend weniger Leistung von der Elektromaschine übertragbar ist. In anderen Ausführungsvarianten ist es zweckmäßig, wenn die Elektromaschine eine geringere Leistung aufbringt als der Verbrennungsmotor.
Bezieht man den Elektromotor 1220 in den Schaltvorgang mit ein, so lassen sich Zug-Hochschaltungen im wesentlichen vollständig ohne Zugkraftunterbrechung ausführen. Die Beschleunigung des Fahrzeugs während der Gangwechselphasen wird dabei von der Lastschaltkupplung 1201, die während der Synchronisation des Getriebes Moment auf den Abtrieb überträgt, aufrecht gehalten. Da sich die Lastschaltkupplung am 5. Fahrgang des Getriebes befindet, fällt das Abtriebsmoment in den Phasen „alten Fahrgang heraus nehmen" und „neuen Fahrgang einlegen" bei Vollastschaltungen gemäß dem Übersetzungsverhältnis zwischen der Schaltkupplung des aktuellen Gangs und der Lastschaltkupplung ab. Bezogen auf das Momentenniveau nach einer (1→2) Schaltung entspricht dies einer Zugkraftreduktion auf 40%. Um diese Zugkraftreduktion vollständig abzubauen, steht das Moment des Elektromotors zur Verfügung, welcher parallel zum Verbrennungsmotor auf die Getriebeeingangswelle wirkt.
Nachfolgend werden die Schaltungsphasen einer (1→2) Zug-Hochschaltung unter Vollast mit Einsatz der Elektromaschine diskutiert. Die zugehörigen Momenten- und Drehzahlverläufe sind in den 10a und 10b dargestellt. Die Anfahrkupplung 1230 bleibt während des kompletten Schaltvorgangs geschlossen.
In den 10a und 10b sind Verläufe von Drehmomenten M und Drehzahlen n als Funktion der Zeit dargestellt. Dabei wird zwischen einzelnen Zeitbereichen a, b, c, d, e, f, g, h, i, j unterschieden, die in der Folge diskutiert werden.
Bereich a:
Zustand vor der Schaltung. Die Schaltkupplung des ersten Fahrgangs ist geschlossen und überträgt das maximale Motormoment auf den Abtrieb. Das Abtriebsmoment ergibt sich gemäß M_ab = M_mot·i_SK1 für ein vereinfachtes Modell.
Unter Berücksichtigung von Massenbeschleunigungen ergibt sich: Mab = Mmot·iSK1 – Σ iJi·dωi/dtmit den Massenträgheitsmomenten aus der Menge der folgenden Auflistung J_i = (J_mot; J_Ku; J_KS; J_E-Masch; J_Ein; J_Aus; J_SR ...)
und den Drehzahlen der folgenden Menge ω_i = (ω_mot; ω_Ku; ω_KS; ω_E-Masch; ω_Ein; ω_Aus; ω_SR; ...), wobei die Indizes wie folgt gelten: Mot = Motor, Ku = Kupplung, KS = Kupplungsscheibe, E-Masch = Elektromaschine, Ein = Getriebeeingangswelle, Aus = Getriebeausgangswelle und SR = Schwungrad.
Die Berücksichtigung der Massenträgheitsmomente äußert sich somit in dem letzten Summenterm der obigen Formel. Bei den folgenden Formeln für Drehzahlen und/oder Drehmomente ist eine solche Berücksichtigung nicht erfolgt. sie gilt jedoch wie oben dargestellt und ist auch auf diese Formeln zu übernehmen.
Bereich b:
Hier wird der Schaltvorgang eingeleitet. Die Lastschaltkupplung 1201 am fünften Fahrgang wird kontrolliert soweit geschlossen, daß sich ein Momentenniveau am Abtrieb einstellt, daß jenem nach der Schaltung entspricht (Mnach_Schaltungab = MV_Mot·iSK2). Nach den Gleichungen für den Reib- und Formschluß des lastschaltenden Getriebes beläuft sich dann das von der Lastschaltkupplung übertragene Moment auf
M_GE bezeichnet dabei das auf den Getriebeeingang wirkende Moment.
Bereich c, d:
Um die Schaltkupplung des eingelegten Gangs öffnen zu können, muß das gesamte Moment der Getriebeeingangswelle (M_GE) von der Lastschaltkupplung auf den Abtrieb übertragen werden. Die Lastschaltkupplung wird also zumindest teilweise geschlossen und der Momentenstrom geht von der Schaltkupplung SK1 auf die Lastschaltkupplung (Lastschaltkupplung) über. Da i_LSK < i_SK2 bedingt dies eine Reduktion des Abtriebsmomentes auf den Wert M_ab = M_GE·i_LSK. Durch den Einsatz der Elektromaschine in dieser Schaltungsphase kann die Zugkraftreduktion kompensiert werden. Das Moment der Elektromaschine wird hierzu kurzzeitig angehoben, so daß sich ein Momentenniveau M_GE = M_{V_Mot} + M_{E_Mot} an der Getriebeeingangswelle 1202 einstellt. Das Momentenniveau kann derart gewählt werden, daß sich ein konstantes Abtriebsmoment ergibt. Da jetzt der Momentenstrom ausschließlich über die Lastschaltkupplung verläuft, ist die Schaltkupplung des aktuellen Ganges momentenfrei und kann geöffnet werden.
Bereich e, f:
Bei einer Zug-Hochschaltung muß der Verbrennungsmotor und der Getriebeeingang auf eine geringere Drehzahl abgebremst werden, um die Schaltkupplung des neu einzulegenden Gangs bei Synchrondrehzahl schließen zu können. Der Synchronisationsvorgang wird mit Hilfe der Lastschaltkupplung und einem unterstützenden Motoreingriff stark beschleunigt. Die Lastschaltkupplung ist weiterhin geschlossen und überträgt Moment auf den Abtrieb. Der Verbrennungsmotor wird in den Schubzustand überführt wodurch Motor und Getriebeeingang mit der Summe aus Motormoment und Lastschaltkupplung-Moment abgebremst werden. Das Moment des Elektromotors wird in dieser Phase ebenfalls auf Null reduziert.
Weiterhin kann die aktive Abbremsung des Verbrennungsmotors und der Getriebeeingangswelle auch durch die Elektromaschine erfolgen. In diesem Fall würde die Elektromaschine als Generator wirken und die kinetische Energie von Verbrennungsmotor und Getriebeeingang in elektrischen Strom umwandeln. Der Synchronisationsvorgang wird hierdurch aktiv verkürzt. Eine solche Strategie ist in den 11a und 11b dargestellt.
Bereich g, h:
Kurz vor Erreichen der Zieldrehzahl wird das Motormoment entsprechend dem Fahrerwunschmoment anhand der Gaspedalbetätigung auf den entsprechenden Wert oder den Maximalwert angehoben. Da weiterhin der Momentenstrom über die Lastschaltkupplung am fünften Gang erfolgt, muß, um ein konstantes Abtriebsmoment sicher zu stellen, der Elektromotor parallel zum Verbrennungsmotor Moment auf den Abtrieb übertragen. Da das gesamte Moment der Getriebeeingangswelle über die Lastschaltkupplung auf den Abtrieb übertragen wird, ist die Schaltkupplung des neu einzulegenden Gangs momentenfrei und kann bei Synchrondrehzahl geschlossen werden. Die Steuerung der Drehzahl von Motor und Getriebeeingang kann dabei komfortabel über den Elektromotor erfolgen.
Bereich i, j:
Ist die Schaltkupplung des einzulegenden Ganges geschlossen, so wird das Moment des Elektromotors zurück genommen und die Lastschaltkupplung geöffnet. Der Momentenstrom geht dann stetig von der Lastschaltkupplung auf die Schaltkupplung über und der Schaltvorgang ist abgeschlossen.
Vollast Zug-Rückschaltungen können ebenfalls mit Hilfe eines unterstützenden Elektromotor Eingriffs vollständig oder teilweise ohne Zugkraftreduktion ausgeführt werden. Der Elektromotor überträgt hierbei parallel zum Verbrennungsmotor Moment auf den Getriebeeingang. Dieses Moment wird dann einerseits für die Beschleunigung des Verbrennungsmotor samt Getriebeeingangswelle auf Synchrondrehzahl verwendet und andererseits, über die Lastschaltkupplung und den fünften Fahrgang am Abtrieb abgestützt. Die Schaltung kann komplett ohne Motoreingriff oder Ansteuerung der Anfahrkupplung erfolgen. Eine unterstützende Ansteuerung des Verbrennungsmotors oder der Anfahrkupplung ist möglich. Die Momenten- und Drehzahlverläufe der nachfolgend beschriebenen Schaltstrategien sind in den 12a, 12b und 13a, 13b dargestellt.
Bereich a:
Zustand vor der Schaltung. Die Schaltkupplung SK3 überträgt das maximale Motormoment auf den Abtrieb. Das Abtriebsmoment ist durch M_ab = M_{V_Mot}·i_SK3 gegeben.
Bereich b, c:
Jetzt wird der Schaltvorgang eingeleitet. Hierzu wird die Lastschaltkupplung am fünften Gang geschlossen und die Schaltkupplung des aktuellen Gangs entlastet. Damit das Abtriebsmoment in dieser Phase nicht einbricht, muß parallel zum Verbrennungsmotor Moment vom Elektromotor auf die Getriebeeingangswelle übertragen werden. Bei vollständig geschlossener Lastschaltkupplung muß das Moment des Elektromotors auf
angehoben werden, damit eine Zugkraftreduktion unterbleibt. Überträgt die Lastschaltkupplung das vollständige Moment auf den Abtrieb, ist die aktuelle Schaltkupplung momentenfrei und kann geöffnet werden.
Bereich d–g:
Bei einer Zug-Rückschaltung ist der Getriebeeingang samt Verbrennungsmotor auf eine höhere Synchrondrehzahl zu beschleunigen. Da der Motor bereits sein maximales Moment zur Verfügung stellt (Vollastschaltung), kann die zur Synchronisation benötigte Energie nur von dem Elektromotor aufgebracht werden (vorausgesetzt das von der Lastschaltkupplung auf den Abtrieb übertragene Moment soll konstant bleiben). Das Moment des Elektromotors wird also angehoben und der Getriebeeingang samt Verbrennungsmotor auf eine höhere Drehzahl beschleunigt. Die Lastschaltkupplung schlupft und überträgt derweil ein Moment auf dem Abtrieb, das dem Niveau vor der Schaltung entspricht.
Vor Erreichen der Synchrondrehzahl wird das Moment des Elektromotors reduziert, um einerseits Momentenfreiheit der zu schließenden Schaltkupplung sicher zu stellen und andererseits den Synchrondrehzahlbereich sicher und komfortabel einstellen zu können. Sind beide Randbedingungen erfüllt, wird die Schaltkupplung SK2 geschlossen.
Bereich h, i:
Jetzt wird die Lastschaltkupplung geöffnet und der Momentenstrom geht auf die Schaltkupplung SK2 über. Parallel dazu wird das Moment des Elektromotors auf Null reduziert und der Schaltvorgang ist abgeschlossen.
Oben wurden Schaltvorgänge unter Vollast diskutiert. Dabei wurde gezeigt, wie ein Elektromotor, der parallel zum Verbrennungsmotor Moment auf die Getriebeeingangswelle überträgt, die Zugkraftreduktion in Schaltungsphasen kompensiert. Die Möglichkeit das auf den Getriebeeingang wirkende Moment schnell und exakt durch den Elektromotor beeinflussen zu können, bietet die Möglichkeit den Verlauf des Abtriebsmomentes in Schaltvorgängen variabel zu gestalten. Hierdurch sind Momentenverläufe in Teillastschaltungen realisierbar, die denen eines CVT-Getriebes ähneln. Diese Möglichkeit der Momentensteuerung bietet sich bevorzugt bei automatisierten Teillastschaltungen an. Da der Elektromotor nicht nur zusätzliches Moment auf den Getriebeeingang übertragen kann, sondern gleichfalls den Getriebeeingang bremsen kann, kann der Momentenverlauf insgesamt geglättet werden.
In den 14a, 14b sind die Momentenverläufe einer (1→2) Teillast Zug-Hochschaltung dargestellt, die mit Hilfe eines Elektromotors und einer Lastschaltkupplung derart gestaltet wurden, daß sich ein kontinuierlicher Übergang zwischen den Abtriebsmomenten vor und nach der Gangschaltung einstellt. Der Vergleich zwischen der Teillast Zug-Hochschaltung ohne Elektromotor Eingriff (grau gezeichneter Momentenverlauf) und mit Elektromotor Eingriff (schwarz gezeichneter Momentenverlauf) veranschaulicht die „glättende" Wirkung der Elektromaschine auf den Verlauf des Abtriebsmomentes.
Der Eingriff des Elektromotors in den Schaltungsablauf umfaßt hierbei sowohl die Abbremsung (Phasen b, c) als auch die Beschleunigung der Getriebeeingangswelle (Phasen e, f). Ein Eingriff in die Motorsteuerung oder eine Ansteuerung der Anfahrkupplung ist für die dargestellte Schaltstrategie nicht erforderlich. Die bei dem Bremsvorgang der Getriebeeingangswelle zu Beginn der Schaltung frei werdende kinetische Energie wird dabei in der Elektromaschine, die dann als Generator wirkt, in elektrische Energie umgewandelt, zwischen gespeichert und zum Ende der Schaltung dem Getriebeeingang erneut zugeführt.
Die Funktionen der Elektromaschine während Schaltvorgängen:

• Zusätzliches Moment auf den Getriebeeingang übertragen (also die Getriebeeingangswelle sowohl beschleunigen als auch abbremsen, Zugkraftreduktion in Schaltphasen)
• Energie umverteilen (die zu Beginn einer Schaltung dem Getriebeeingang entzogene kinetische Energie zwischen speichern und zum Ende wieder einspeisen, CVT-Charakteristik im Momentenverlauf erzeugen)
• Momentenfreiheit der zu betätigenden Schaltkupplungen des Getriebes herstellen
• Die Drehzahl des Getriebeeingangs steuern und regeln (synchronisieren)

Die 15a bis 15f zeigen Anordnungsmöglichkeiten einer Elektromaschine. In 15a ist die Elektromaschine 2000 mittels einer Zahnradstufe 2001, 2002 mit der Welle 2003 verbunden.
In 15b ist die Elektromaschine 2010 mittels einer zweistufigen Zahnradstufe 2011, 2012, 2013 und 2014 mit der Welle 2015 verbunden.
In 15c ist die Elektromaschine 2020 derart angeordnet, daß der Rotor mit der Welle 2021 direkt und koaxial angeordnet ist.
In 15d ist die Elektromaschine 2030 derart angeordnet, daß die Abtriebswelle der Elektromaschine mit einem Sonnenrad 2031, ein Hohlrad 2032 eines Planetengetriebes mit einem Gehäuse verbindbar ist und der Planetenträger 2033 mit der Welle 2034 verbindbar ist.
In 15e ist die Elektromaschine 2040 mittels eines stufenlos einstellbaren Getriebes 2041 mit der Welle 2042 verbindbar. In 15f ist die Elektromaschine 2050 mittels eines schaltbaren Stufengetriebes 2051 mit der Welle 2052 verbindbar.
Die 16 zeigt eine schematische Darstellung eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges 2100. Das Fahrzeug 2100 weist einen Antriebsmotor 2101, wie Verbrennungsmotor, auf mit steuerbaren Ventilen 2102, einer Drosselklappe 2103 mit einer Drosselklappenaktorik, mit einer Einspritzanlage 2104 und einem Abgaskatalysator 2105 mit Lamda-Sonde 2106 nd mit einem Drehzahlsensor 2107.
Zwischen Motor 2101 und Getriebe 2110 ist eine Anfahrkupplung 2120 angeordnet. Die Kupplung 2110 weist einen Kupplungsbetätigungsaktor 2121 mit Übersetzung 2122 auf. Das Getriebe 2110 weist eine Eingangswelle 2112 und eine Ausgangswelle 2111 auf. Weiterhin weist das Getriebe 2110 Schaltkupplungen 2113, 2114 und 2115 zum Schalten der Vorwärtsgänge und des Rückwärtsganges auf. Weiterhin ist eine Lastschaltkupplung 2116 der oben beschriebenen Art vorgesehen. Die Lastschaltkupplung wird mittels des Aktors 2117 betätigt, wobei zwischen Aktor und Kupplung eine Übersetzung vorgesehen ist.
Es ist weiterhin eine Elektromaschine 2130 vorgesehen, die mit der Getriebeeingangswelle 2112 über einen Zahnradsatz 2131 verbunden ist. Der Drehzahlsensor 2132 detektiert die Drehzahl der Elektromaschine.
Zur Getriebebetätigung ist die Getriebeaktorik 2140 vorgesehen, die die Aktoren 2141, 2142 und 2143 aufweist, die jeweils eine Übersetzung 2144 bis 2146 nachgeschaltet haben können.
Weiterhin weist das Fahrzeug den Antriebsstrang 2150 mit Bremse 2151, Differential 2152, Drehzahlsensor 2153 und Rad 2154 auf.
Zur Speisung und elektrischen Versorgung ist eine Batterie 2160 und ein elektrischer, wie kapazitiver, Speicher 2161 vorgesehen. Zur Fahrzeugbedienung ist ein Handbremshebel 2170, ein Gaspedal 2171, ein Fußbremspedal 2172 und ein Klimakompressor 2173 vorgesehen.
Die Steuerung wird über ein Gesamtsteuergerät 2180 mit der Motorsteuerung 2181, der Kupplungssteuerung 2182, der Steuerung der Elektromaschine 2183, der Getriebesteuerung 2184 und der Steuerung der Bremssysteme mit Antiblockiersystem (ABS) 2185 und Steuerung der Batterie und Leistungselektronik durchgeführt.
Mit 2190 sind die Signalleitungen, wie beispielsweise Datenbus (CAN) bezeichnet und mit 2191 die Leistungsflüsse.

Claims

Getriebe mit zumindest zwei Wellen, mit einer Mehrzahl von Gangrädern, die als Zahnradpaare der Bildung von Gängen dienen, mit mittels Kupplungen mit einer ersten Welle drehfest verbindbaren Zahnrädern und mit einer Welle drehfest angeordneten Zahnrädern mit einer eingangsseitig angeordneten schaltbaren Anfahrkupplung und einer Elektromaschine, die als Starter des Antriebsmotors des Fahrzeuges und/oder als Generator zur Erzeugung elektrischer Energie aus kinetischer Energie und dessen Rückführung dient, wobei die Elektromaschine über ein Gangrad antreibbar ist oder dieses antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß an diesem Gangrad eine zusätzliche Lastschaltkupplung, über die die Elektromaschine während eines Schaltvorgangs Moment auf den Abrieb überträgt, vorgesehen ist, und dass die Anfahrkupplung und die Lastschaltkupplung zumindest von einer Betätigungseinheit betätigbar sind.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastschaltkupplung dann einrückbar ist, wenn die Anfahrkupplung zumindest teilweise eingerückt ist.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastschaltkupplung dann einrückbar ist, wenn die Anfahrkupplung bereits eingerückt ist.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Losrad mittels einer ersten Kupplung und/oder einer Lastschaltkupplung mit einer Welle verbindbar ist.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Losräder mittels einer ersten Kupplung und/oder einer Lastschaltkupplung mit einer Welle verbindbar sind.
Getriebe nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Losrad des höchsten Ganges mittels einer Kupplung und/oder einer Lastschaltkupplung mit einer Welle verbindbar ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Losrad eines Ganges mittels einer Kupplung und/oder einer Lastschaltkupplung mit einer Welle verbindbar ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung zur Verbindung zumindest eines Losrades mit einer Welle eine formschlüssige Kupplung ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung zur Verbindung zumindest eines Losrades mit einer Welle eine reibschlüssige Kupplung ist.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung zur Verbindung zumindest eines Losrades mit einer Welle eine zwischengeschaltete Synchronisiereinrichtung aufweist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastschaltkupplung eine reibschlüssige Kupplung ist.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfahrkupplung eine reibschlüssige Kupplung ist.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfahrkupplung in einem Raumbereich einer Kupplungsglocke angeordnet ist.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Lastschaltkupplung in einem Raumbereich einer Kupplungsglocke angeordnet ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfahrkupplung und zumindest eine Lastschaltkupplung eine Trockenreibungskupplung ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfahrkupplung innerhalb des Getriebegehäuses angeordnet ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Lastschaltkupplung innerhalb des Getriebegehäuses angeordnet ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfahrkupplung ein hydrodynamischer Drehmomentwandler mit oder ohne Wandlerüberbrückungskupplung ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Betätigungsaktor zur Betätigung von Anfahrkupplung und zumindest einer Lastschaltkupplung ein druckmittelbetätigter Aktor mit einer Druckmittelversorgung und zumindest einem Ventil ist, das die Druckmittelzuführung zu jeweils einem Nehmerzylinder an den beiden Kupplungen steuert.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Betätigungsaktor zur Betätigung von Anfahrkupplung und zumindest einer Lastschaltkupplung ein elektromotorisch angetriebener Aktor gegebenenfalls mit einem einem Elektromotor oder Elektromagnet nachgeschalteten Übersetzungs- oder Untersetzungsgetriebe ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein Betätigungsaktor zur Betätigung von Kupplungen zum Gangwechsel ein druckmittelbetätigter Aktor mit einer Druckmittelversorgung und zumindest einem Ventil ist, das die Druckmittelzuführung zu jeweils einem Nehmerzylinder an den Kupplungen steuert.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine über ein Schwungrad des Fahrzeugantriebsmotors antreibbar ist oder diesen antreibt.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine über die Eingangswelle des Getriebes antreibbar ist oder diese antreibt.