WO2016096313A1 - Getriebe für ein kraftfahrzeug und antriebsstrang damit - Google Patents

Getriebe für ein kraftfahrzeug und antriebsstrang damit Download PDF

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WO2016096313A1
WO2016096313A1 PCT/EP2015/077033 EP2015077033W WO2016096313A1 WO 2016096313 A1 WO2016096313 A1 WO 2016096313A1 EP 2015077033 W EP2015077033 W EP 2015077033W WO 2016096313 A1 WO2016096313 A1 WO 2016096313A1
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switching element
planetary gear
transmission
gear set
motor vehicle
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PCT/EP2015/077033
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Martin Brehmer
Matthias Horn
Peter Ziemer
Stefan Beck
Johannes Kaltenbach
Julian KING
Jens Moraw
Eckehard MÜNCH
Juri Pawlakowitsch
Stephan Scharr
Viktor Warth
Michael Wechs
Uwe Griesmeier
Raffael Kuberczyk
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • Y10S903/917—Specific drive or transmission adapted for hev with transmission for changing gear ratio
    • Y10S903/919—Stepped shift

Definitions

  • the invention relates to a transmission for a motor vehicle having an input shaft, an output shaft, two planetary gear sets and at least four switching elements.
  • the invention further relates to a drive train for a motor vehicle.
  • the switching elements are, for example, clutches or brakes here.
  • Such transmissions are mainly used in motor vehicles to adjust the speed and torque output characteristics of the drive unit to the driving resistance of the vehicle in a suitable manner.
  • a multi-stage automatic transmission with a drive shaft, an output shaft, a Vorschaltrad- rate, a main gear and at least six switching elements is known, which allows at least eight group circuit switchable forward gears.
  • the main gearset is formed by a so-called Simpson wheelset, which consists of two Einzelplanetenrad arrangementsn.
  • the sun gears of the two planetary gear sets are constantly connected, and thus form a first coupling shaft.
  • the web of the first planetary gear set is continuously connected to the ring gear of the second planetary gear set, whereby a second coupling shaft is formed.
  • One of the two Einzelplanetenrad accounts is designed as a Wegnplanetenradsatz whose planet gears have two different effective diameters.
  • the output shaft is directly connected to the second coupling shaft.
  • the still unpublished patent application DE 10 2013 225 208.0 of the applicant describes in Fig. 6, a transmission with a first planetary gear set and a second planetary gear set, which are designed as a Simpson wheelset.
  • An output shaft is permanently connected to the second coupling shaft.
  • the transmission further comprises an electric machine with a rotatable rotor and a non-rotatable stator, wherein the rotor with a sun gear of an additional Planetenradsat- Zes is connected, and web and ring gear of the additional planetary gear set are connected to two shafts of the Simpson wheelset.
  • the transmission has a total of four forward gears between the input shaft and the output shaft.
  • the object of the invention is therefore to provide a transmission for a motor vehicle with at least five forward gears, which is characterized by a simple construction and high efficiency, and has a high functionality by skillful connection of an electrical machine.
  • the transmission has an input shaft, an output shaft, a first planetary gearset designed as a stepped planetary gear set, whose planet wheels have two different effective diameters, and a second planetary gearset.
  • the first and the second planetary gear set are designed as minus wheelsets.
  • a planetary gear set includes a sun gear, a land and a ring gear. Rotatably mounted on the web are planet gears, which mesh with the toothing of the sun gear and / or with the toothing of the ring gear.
  • a minus wheel set denotes a planetary gear set with a web on which the planet gears are rotatably mounted, with a sun gear and with a ring gear, wherein the toothing of at least one of the planetary gears meshes with both the teeth of the sun gear, and with the teeth of the ring gear, whereby the ring gear and the sun gear rotate in opposite directions of rotation when the sun gear rotates at a fixed web.
  • a plus gear set differs from the negative planetary gear set just described in that the plus gear set has inner and outer planet gears rotatably supported on the land.
  • the toothing of the inner planet gears meshes on the one hand with the teeth of the sun gear and on the other hand with the teeth of the outer planetary gears.
  • the gearing The outer planetary gears also meshes with the teeth of the ring gear. This has the consequence that rotate at a fixed land, the ring gear and the sun gear in the same direction.
  • a first sun gear of the first planetary gear set is engaged with the larger effective diameter of the planet gears.
  • a second sun gear is engaged with the smaller effective diameter of the planet gears.
  • the effective diameter of the first and second sun gear is correspondingly different in size.
  • the second sun gear of the first planetary gear set is continuously connected to a sun gear of the second planetary gear set, and is thus part of a first coupling shaft.
  • a web of the first planetary gear set is continuously connected to a ring gear of the second planetary gear set, and is part of a second coupling shaft.
  • First and second planetary gear thus form a so-called Simpson wheelset.
  • the input shaft is connectable via a first switching element with the web of the second planetary gear set and a second switching element with the second sun gear of the first planetary gear set.
  • the output shaft is connected to the ring gear of the second planetary gear set.
  • a connection can be formed either by a permanently rotationally fixed connection between the output shaft and the ring gear of the second planetary gear set, for example in the form of a shaft, or via one or more teeth between the output shaft and the ring gear of the second planetary gear set.
  • the transmission has a first electric machine with a rotationally fixed stator and a rotatable rotor, wherein the input shaft can be connected to the rotor of the first electric machine via a third switching element.
  • the first sun gear of the first planetary gear set is connected to the rotor of the first electric machine either continuously or via an additional switching element switchable.
  • a ring gear of the first planetary gear set is connected via a fourth gear shift ment rotationally fixed by the ring gear of the first planetary gear set is connected via the fourth switching element with a housing or with another non-rotatable component of the transmission switchable.
  • the trained by the features of claim 1 transmission has a compact design, since it includes only two planetary gear sets from a design perspective. Due to the structure of the invention, the transmission has excellent efficiency, especially since there are only a few gears in the power path of the transmission in the individual gears.
  • the connection of the first electric machine allows numerous additional functions, since the rotor of the first electric machine is not, as usual in transmission for parallel hybrid powertrains usual, connected to the input shaft. As a result, in the drive train of a motor vehicle, for example, a coupling between the input shaft of the transmission and an internal combustion engine of the drive train can be dispensed with.
  • the output shaft to the input shaft coaxially, be arranged at opposite axial ends of the transmission G.
  • an output parallel to the input shaft output is possible.
  • the transmission can therefore be used both for a front-longitudinal drive train and for a front-transverse drive train of a motor vehicle.
  • the first sun gear of the first planetary gearset is rotatably fixable via a fifth switching element by the sun gear of the first planetary gear set is connected via the fifth switching element to the housing or with another non-rotatable component of the transmission switchable.
  • the use of the fifth shift element is optional because the first sun gear of the first planetary gear set can also be supported by the first electric machine.
  • the first electric machine is preferably regulated such that the rotor has a low rotational speed. This facilitates the regulation of the first electric machine.
  • By selectively actuating the first, second, third, fourth and optionally fifth switching element or the additional switching element at least five forward gears between the input shaft and the output shaft are preferably automatically switched.
  • the first forward speed is formed by closing the fourth switching element and the third switching element.
  • the second forward speed is formed by closing the fourth switching element and the second switching element.
  • the third forward speed is formed by closing the fourth switching element and the first switching element.
  • the fourth forward speed is formed by closing the first switching element and optionally the third switching element or the second switching element.
  • the fifth forward speed is formed by closing the first and optionally by closing the fifth shift element or by supporting the first sun gear of the first planetary gear set by means of the first electric machine.
  • the two planetary gear sets are locked, so that all elements of the first and second planetary gears rotate at the same speed.
  • This can be achieved by closing two of the following switching elements: first switching element, second switching element, third switching element.
  • first switching element the switching element
  • second switching element the switching element
  • third switching element the switching element that switches to the fourth forward gear.
  • the first shift element is to participate in the formation of the fourth forward gear, since the first shift element is also involved in the formation of the third and fifth forward gear. This facilitates the shifting process from the third to the fourth, or from the fourth to the fifth forward gear, and vice versa.
  • a rotationally fixed fixing of the first sun gear of the first planetary gear set or a largely rotationally fixed support of this sun gear by the first electric machine is required only in the fifth forward gear.
  • the moment to be supported is therefore low. Therefore, a omission of the fifth switching element is not disadvantageous, since the electric machine requires only a small energy requirement for supporting.
  • the first forward speed is formed by closing the fourth switching element, the third switching element and the additional switching element.
  • the second forward speed is formed by closing the fourth switching element, the second switching element and the additional switching element.
  • the third forward speed is formed by closing the fourth switching element, the first switching element and the additional switching element.
  • the fourth forward speed is formed by closing the first switching element, the auxiliary switching element and optionally the third switching element or the second switching element.
  • the fifth forward speed is formed by closing the first switching element and the fifth switching element, wherein optionally also the third switching element may be closed.
  • the first electric machine can also be mechanically fixed defined fifth forward gear output and record, if the third switching element is closed. This is particularly important when using the transmission in the drive train of a motor vehicle. If the third shift element is open in the fifth forward gear, then the first electric machine is decoupled from the drive train. As a result, the efficiency of the motor vehicle powertrain is improved because the electric machine generates no drag losses. This is particularly advantageous in fifth gear, since this gear is used in the motor vehicle, for example, when driving at high speed. In such constant driving a use of the first electric machine is often not required anyway.
  • the first forward speed is formed by closing the fourth switching element, the third switching element and the additional switching element.
  • the second forward speed is formed by closing the fourth switching element and the second switching element, optionally also the third switching element may be closed.
  • the third forward speed is formed by closing the fourth switching element and the first switching element, wherein optionally also the third switching element may be closed.
  • the fourth forward speed is formed by closing the first switching element, the auxiliary switching element and optionally the third switching element or the second switching element.
  • the fifth forward speed is formed by closing the first switching element and the fifth switching element.
  • the additional switching element can be opened, and the third switching element can optionally be closed for this purpose.
  • the third switching element is to be closed in particular when the first electric machine is to deliver or record power.
  • the first, second and fourth switching element are designed as positive-locking switching elements.
  • Form-fitting switching elements such as claw-switching elements are characterized in the open state by lower drag losses than non-positive switching elements, whereby the friction losses of the transmission can be significantly reduced.
  • the connection of the first electric machine to the first sun gear of the first planetary gear set thereby enables the support of switching operations, whereby the load release and synchronization of the interlocking shift elements is made possible without significantly reducing the output torque.
  • the third switching element is preferably formed in this embodiment as a non-positive switching element, for example in the form of a multi-plate clutch.
  • the third switching element can therefore serve as a starting element, since non-positive switching elements have a variable torque transmission capability, and since the third switching element is involved in the formation of the first forward gear.
  • a slip decoupling is also possible by forming the third switching element as a force-locking switching element.
  • the third switching element is operated in the slip, that is, at differential speed of the coupling halves.
  • the first switching element and the second switching element can be actuated by a common actuating mechanism.
  • the first shift element and the third shift element are involved in the formation of the fourth forward speed.
  • the first and the second switching element are closed in no gear at the same time.
  • This double-acting actuator technology can further reduce the complexity of the transmission.
  • the first, second and third switching element are designed as non-positive switching elements, in particular as multi-plate clutches.
  • the fourth switching element is also formed in this alternative embodiment as a form-locking switching element, for example in the form of a claw coupling.
  • This training also allows zugkraftunterbrechungs- free circuits when the first electric machine can not deliver power or record. Such a state may occur, for example, at low ambient temperatures, which affect a power consumption or power output of an electrochemical energy store, so that the first electric machine can not functionally be available. Because by the formation of the first, second and third switching elements as multi-plate clutches overlapping circuits are possible, as they are common in conventional motor vehicle automatic transmissions.
  • the transmission has a sixth forward gear, which results from closing the second shift element and optionally closing the fifth shift element or by supporting the first sun gear of the first planetary gear set by means of the first electric machine, provided that the first sun gear of the first first plan tenradsatzes with the rotor of the first electric machine is constantly connected.
  • a trained sixth forward gear has a particularly long translation. This is particularly important for use in the drive train with traction powerful internal combustion engine, since the speed of the internal combustion engine can be reduced, for example, at high speed by such a long translated gear. As a result, the ride comfort and the fuel consumption of the motor vehicle are improved.
  • a transmission with additional switching element and fifth switching element of the sixth forward gear is formed by closing the fifth and the second switching element. If, in addition, the third switching element is closed, then the first electric machine in the sixth forward gear is also in the power path. In this way, the first electric machine can deliver or record power even in the sixth forward gear.
  • the transmission has a sixth switching element, by means of which the web of the second planetary gear set is rotatably fixable by the web of the second planetary gear set is connected via the sixth switching element to the housing or with another non-rotatable component of the transmission switchable.
  • the third switching element and optionally the additional switching element results in a first reverse gear between the input shaft and the output shaft.
  • the sixth switching element is to be regarded as optional. If the transmission does not have a sixth shifting element, a reverse gear can also be effected by closing the fourth shifting element and optionally the additional shifting element and by operating the first electric engine.
  • the transmission allows in a simple way, the formation of mechanical reverse gears.
  • a second reverse occurs by closing the sixth switching element and the second switching element.
  • the second reverse gear may be provided in addition to or instead of the first reverse gear. If the first electric machine is to support operation in the second reverse gear, the additional switching element may need to be closed.
  • the second planetary gear set has a second ring gear, which is connected to the output shaft.
  • the "first" ring gear of the second planetary gear set is connected to the output shaft, since the "first" ring gear is connected to the second ring gear via the planet gears of the second planetary gear set.
  • the connection between the web of the second planetary gear set and the sixth switching element leads between the two ring gears of the second planetary gear set.
  • the two ring gears have the same effective diameter.
  • the rotational speeds of the two ring gears are identical, as if they were connected to each other.
  • This embodiment allows a coaxial arrangement of input shaft and output shaft despite a mechanical reverse gear. Such an arrangement is particularly advantageous in vehicles with a so-called front-longitudinal drive train.
  • the sixth shifting element and the fourth shifting element can preferably be actuated by a common actuating mechanism. Since the sixth and fourth shift elements are not closed at the same time in any gear, such operation is possible without restricting the functionality of the transmission. In a first position of the actuating mechanism, the sixth switching element is closed, and the fourth switching element is open. In a second position of the actuating mechanism, the fourth switching element is closed, and the sixth switching element is opened. In a middle position, both the fourth and the sixth switching element are open.
  • This double-acting actuator technology can further reduce the complexity of the transmission.
  • the transmission is the ring gear of the first planetary gear set, which is rotatably fixable via the fourth switching element, with the larger effective diameter of the planet gears in engagement.
  • a second ring gear of the first planetary gear set is in engagement with the smaller effective diameter of the planetary gears, wherein the second ring gear of the first planetary gear set is rotatably fixable via a seventh switching element by the second ring gear of first planetary gear set via the seventh switching element is connected to the housing or with another non-rotatable component of the transmission switchable.
  • the seventh switching element is opened.
  • the seventh switching element, the third switching element and optionally the additional switching element are closed.
  • the seventh forward gear thereby forms the creeper mentioned above.
  • the transmission has a second electric machine with a non-rotatable stator and a rotatable rotor, wherein the rotor of the second electric machine is constantly connected to the input shaft.
  • the transmission can drive a vehicle by means of the first electric machine, while the second electric machine starts the internal combustion engine connected to the input shaft without reacting on the output. This improves the comfort of the motor vehicle.
  • the transmission preferably has a first electrodynamic operating mode, in which only the second switching element and optionally the additional switching element are closed, and all other switching elements are open.
  • the transmission preferably has a second electrodynamic operating mode, in which only the first switching element and optionally the additional switching element are closed, and all other switching elements are open.
  • the second electro-dynamic operating mode is suitable for long transmission between the input shaft and the output shaft, while the first electro-dynamic operating mode is particularly suitable for short ratios between the input shaft and the output shaft.
  • the first electrodynamic operating mode is thus suitable, for example, for low vehicle speeds and for starting the motor vehicle, while the second electrodynamic operating mode is suitable for higher vehicle speeds.
  • the transmission preferably has a first electrical operating mode in which the fourth switching element and optionally the additional switching element are closed and all other switching elements are open.
  • this first electrical operating mode the transmission has a particularly high efficiency, since only the first planetary gear set is in power flow.
  • the input shaft and all associated elements are decoupled from the output shaft, whereby any drag losses are reduced.
  • the transmission may also have a second electrical operating mode, in which the sixth switching element and optionally the additional switching element are closed, and all other switching elements are open. As a result, the functionality of the transmission is further improved.
  • the transmission can be blocked by simultaneously closing the sixth and fourth switching element.
  • this actuating mechanism must be designed such that this switching state is enabled.
  • all the switching elements by means of a closed hydraulic system can be actuated.
  • the closed hydraulic system has to a pressure accumulator, which serves as a primary pressure supply. Below the pressure in the pressure accumulator a limit, the pressure in the accumulator is raised by a preferably electrically driven pump. This reduces the power requirements of the hydraulic system, thus improving the efficiency of the transmission.
  • the actuation of the switching elements can also be effected by means of a conventional open hydraulic system, in which the pump constantly promotes hydraulic fluid.
  • the actuation of the switching elements can also be effected by means of an electromechanical actuation system. This improves the efficiency of the transmission and its construction cost again considerably.
  • the transmission may be part of a drive train of a motor vehicle.
  • the hybrid powertrain has in addition to the transmission on an internal combustion engine, which is connected via a torsional vibration damper with the input shaft of the transmission torsionally elastic.
  • the output shaft of the transmission is drivirkswunden with a final drive, which distributes the torque to wheels of the motor vehicle.
  • the powertrain allows multiple drive modes of the motor vehicle. In the electrical operating mode, the motor vehicle is driven solely by the first electric machine of the transmission. In a purely internal combustion engine operation, the motor vehicle is driven solely by the internal combustion engine. In the first and second electrodynamic operating modes, the motor vehicle is driven by interaction of the internal combustion engine and the first electric machine of the transmission.
  • the internal combustion engine can be started both by the first and by the second electric machine.
  • the first switching element is designed as a non-positive switching element with a variable torque transmission rate.
  • the additional switching element if present, must be closed.
  • the first switching element is preferably fully opened after the crankshaft of the internal combustion engine has reached the starting rotational speed.
  • the first shift element can be closed after setting a synchronous rotational speed between input shaft and crankshaft.
  • a starting operation is possible starting from the first electric operating mode, which leads directly into the third forward gear.
  • the coupling between the first electric machine and the input shaft for starting the internal combustion engine may be performed by the third switching element or the second switching element instead of the first switching element.
  • the switching element provided for coupling must be designed as a non-positive switching element with a variable torque transmission rate.
  • a starting operation is possible starting from the first electric operating mode, which leads directly into the first or second forward gear.
  • the crankshaft of the internal combustion engine may be brought to start speed by the second electric machine, and then started.
  • the first, second or third switching element can be closed.
  • the first, second or third switching element can also be designed as a form-locking switching element, since no slip decoupling is required for the output.
  • the powertrain with the transmission according to the invention also allows charging of an energy storage device during vehicle standstill.
  • all switching elements are open except for the third switching element.
  • the internal combustion engine connected to the input shaft can drive the first electric machine, which operates at a regenerative operating point and thus generates a charging current that can be used to charge the energy storage.
  • the third switching element is opened and the rotor speed of the first electric machine is reduced to zero. This stops all elements of the two planetary gear sets.
  • the fourth switching element which is preferably designed as a form-locking switching element, and optionally the additional switching element closed.
  • the third switching element is designed as a force-locking switching element, its torque transmission rate can be increased continuously by slipping operation of the third switching element, until it is finally completely closed. Thus, a starting process starting from the stand-loading operation is possible, which leads directly into the first forward gear.
  • the third switching element is opened and optionally closed the additional switching element.
  • the rotor speed of the first electric machine is increased until synchronous speed between the input shaft and the second sun gear of the first planetary gear set is made.
  • the second switching element is closed, whereby the transmission is in the first electrodynamic operating mode.
  • the rotor speed of the first electric machine is adjusted such that the ring gear of the first planetary gear set is stationary. Subsequently, the fourth switching element can be closed, whereby the transmission is in the second forward gear.
  • Two elements are referred to as connectable if there is a releasable by a switching element rotatable connection between these elements. If the connection is made, such elements rotate at the same speed.
  • the stationary gear ratio defines the speed ratio between the sun gear and ring gear of a planetary gear set with non-rotatable web. Since the direction of rotation between the sun gear and the ring gear reverses in the case of a negative gearset when the web is non-rotatable, the stationary gear ratio always assumes a negative value for a negative gearset.
  • Fig. 1 shows schematically a transmission according to a first embodiment of the invention.
  • Fig. 2 shows a sectional view of the transmission according to the first
  • Fig. 3 shows schematically a transmission according to a second embodiment of the invention.
  • Fig. 4 shows a sectional view of the transmission according to the second
  • Fig. 5 shows schematically a transmission according to a third embodiment of the invention.
  • Fig. 6 shows a sectional view of the transmission according to the third
  • Fig. 7 shows schematically a transmission according to a fourth embodiment of the invention.
  • Fig. 8 shows a sectional view of the transmission according to the fourth
  • Fig. 9 shows schematically a transmission according to a fifth embodiment of the invention.
  • Fig. 10 shows a sectional view of the transmission according to the fifth
  • Fig. 1 1 shows a sectional view of the transmission according to the fifth
  • Fig. 12 shows a sectional view of the transmission according to the fifth
  • Fig. 13 shows detailed views of the switching element arrangement.
  • Fig. 14 shows a sectional view of the transmission according to the fifth
  • Embodiment with fifth switching element as a claw switching element Embodiment with fifth switching element as a claw switching element.
  • Fig. 15 shows a sectional view of the transmission according to the fifth
  • Embodiment with fifth switching element as a multi-disc brake Embodiment with fifth switching element as a multi-disc brake.
  • Fig. 16 schematically shows a transmission according to a sixth embodiment of the invention.
  • Fig. 17 shows a sectional view of the transmission according to the sixth embodiment.
  • Fig. 18 schematically shows a transmission according to a seventh embodiment of the invention.
  • Fig. 19a shows a circuit diagram for the transmission of the first embodiment, which does not include the fifth switching element.
  • Fig. 19b shows a circuit diagram for the transmission of the first embodiment, which comprises the fifth switching element.
  • Fig. 19c shows a circuit diagram for the transmission of the second to third embodiments, which comprises the sixth switching element.
  • Fig. 19d shows a shift pattern for a transmission of the seventh embodiment, which comprises the seventh switching element.
  • Fig. 20a shows a circuit diagram for the transmission of the fourth embodiment, which does not include the fifth switching element
  • Fig. 20b shows a circuit diagram for the transmission of the fourth embodiment, which comprises the fifth switching element.
  • Fig. 20c shows a circuit diagram for the transmission of the fifth to sixth embodiments, which comprises the sixth switching element.
  • Fig. 20d shows a shift pattern for a transmission of the seventh embodiment, which comprises the seventh shift element.
  • Fig. 21 schematically shows a transmission according to an eighth embodiment of the invention.
  • Fig. 22 shows a sectional view of the transmission according to the eighth embodiment.
  • Fig. 23 schematically shows a transmission according to a ninth embodiment of the invention.
  • Fig. 24 shows a sectional view of the transmission according to the ninth
  • Embodiment with positive fifth switching element Embodiment with positive fifth switching element.
  • Fig. 25 shows detailed views of the arrangement of the auxiliary switching element and the fifth switching element of the ninth embodiment.
  • Fig. 26a shows a circuit diagram for the transmission of the eighth embodiment.
  • Fig. 26b shows a circuit diagram for the transmission of the ninth embodiment.
  • Fig. 27a shows an alternative shift pattern for the transmission of the eighth embodiment.
  • Fig. 27b shows an alternative shift pattern for the transmission of the ninth embodiment.
  • Fig. 28 shows a drive train for a motor vehicle.
  • Fig. 1 shows schematically a transmission G according to a first embodiment of the invention.
  • the transmission G has an input shaft GW1, an output shaft GW2, a first planetary gearset P1 and a second planetary gearset P2.
  • First and second planetary P1, P2 are designed as minus wheelsets.
  • the first planetary gear P1 is constructed as Actuallynplanetenradsatz whose planet gears PL1 have two different sizes effective diameter.
  • a first sun gear E1 1 1 of the first planetary gear set P1 is connected to the ren effective diameter of the planet gears PL1 engaged.
  • a second sun gear E1 12 of the first planetary gear P1 is engaged with the smaller effective diameter of the planet gears PL1.
  • the second sun gear E1 12 of the first planetary gear set P1 is continuously connected to a sun gear E12 of the second planetary gear set P2.
  • a web E21 of the first planetary gear P1 is permanently connected to a ring gear E32 of the second planetary gear set P2.
  • First and second planetary P1, P2 thus form a so-called Simpson wheelset.
  • a first possibility for forming the output shaft GW2 is formed by a toothing, not shown, which is formed on a portion of that coupling shaft which connects the web E21 of the first planetary gear set P1 with the ring gear E32 of the second planetary gear set P2.
  • a second possibility, which is designated as output shaft GW2 'in FIG. 1, consists of a coaxial arrangement of the output shaft GW2' with the input shaft GW1 at opposite axial ends of the transmission G.
  • the input shaft GW1 with the web E22 of the second planetary gear P2 is connectable.
  • the input shaft GW1 with the second sun gear E1 12 of the first planetary gear P1 is connectable.
  • the input shaft GW1 with the first sun gear E1 1 1 of the first planetary gear P1 is connectable.
  • Via a fourth switching element 06 is a ring gear E31 of the first planetary gear set P1 rotatably fixed by it is connected via the fourth switching element 06 with a housing GG of the transmission G switchable.
  • a fifth switching element 03 is provided, through which the first sun gear E1 1 1 of the first planetary gear P1 is rotatably fixed by being connected via the fifth switching element 03 to the housing GG switchable.
  • First, second and fourth switching element 18, 14, 06 are formed as form-locking switching elements, in particular as claw-switching elements.
  • the third switching element 13 is designed as a non-positive switching element, in particular as a multi-plate clutch.
  • the fifth switching element 03 is, if available, as well non-positive switching element formed, in particular as a disk brake or band brake. Alternatively, the fifth switching element 03 may be formed as a form-locking switching element.
  • the transmission G further comprises a first electric machine EM1, which has a rotatably mounted rotor R1 and a rotationally fixed stator S1.
  • the rotor R1 is permanently connected to the first sun gear E1 1 1 of the first planetary gear set P1 rotatably.
  • Fig. 2 shows a sectional view of the transmission G according to the first embodiment, without the fifth switching element 03, wherein the variant with coaxial input shaft GW1 and output shaft GW2 'is shown at opposite axial ends of the transmission G.
  • the transmission G is therefore suitable for use in a front-longitudinal drive train of a motor vehicle. Only one half of the sectional view is shown.
  • the third switching element 13 is formed as a non-positive switching element, which is held by spring means in the open state, and is hydraulically displaceable by displacement of an actuating piston in the closed state.
  • First and second switching element 18, 14 are formed as a claw-switching element, and are actuated by axial displacement of a driver which engages through the designed as a hollow shaft input shaft GW1. First and second switching element 18, 14 are arranged to save space radially within the second planetary gear set P2.
  • the fourth switching element 06 is also formed as a claw switching element, and is arranged radially between the second planetary gear set P2 and the housing GG.
  • Fig. 3 shows schematically a transmission G according to a second embodiment of the invention.
  • a sixth switching element 08 which is adapted to the web E22 of the second planetary gear set P2 rotatably set by the web E22 of the second planetary gear set P2 with the Housing GG connects switchable.
  • the sixth switching element 08 is designed as a form-locking switching element, in particular as a claw switching element.
  • the sixth switching element 08 allows the formation of a reverse gear GR between the input shaft GW1 and the output shaft GW2.
  • Fig. 4 shows a sectional view of the transmission G according to the second embodiment.
  • the output shaft GW2 is arranged in the form of a toothing which is permanently connected to the ring gear E32 of the second planetary gear set P2 in a rotationally fixed manner via a connecting shaft.
  • the transmission G is therefore suitable for use in a front-transverse drive train of a motor vehicle.
  • the sixth switching element 08 is arranged together with the fourth switching element 06 radially close to the input shaft GW1, which extends axially through the entire transmission G. Therefore, all jaw switching elements 18, 14, 06, 08 have a small effective diameter. This reduced the manufacturing costs and improves the functionality of the switching elements, since they are largely insensitive to axial misalignments due to the small effective diameter.
  • the hydraulic actuator for the switching elements 18, 14, 06, 08 is arranged on the input side of the transmission G opposite axial end of the transmission G.
  • First and second switching element 18, 14 are actuated by axial displacement of a driver which engages through the designed as a hollow shaft input shaft GW1.
  • Fig. 5 shows schematically a transmission G according to a third embodiment of the invention.
  • the transmission G according to the third embodiment a second ring gear E322, which is associated with the second planetary gear P2.
  • the second ring gear E322 is directly connected to the output shaft GW2.
  • the ring gear E32 of the second planetary gear set P2 is further connected via the planetary gears of the second planetary gear set P2 to the output shaft GW2.
  • the connection of the web E22 of the second planetary gear set P2 to the sixth switching element 08 extends between the ring gears E32, E322 of the second planetary gear set P2.
  • the third exemplary embodiment shown in FIG. 5 also has a second electric machine EM2 with a rotatable rotor R2 and a rotationally fixed stator S2.
  • the rotor R2 is constantly connected to the input shaft GW1 of the transmission G.
  • the second electric machine EM2 is only an optional component of the transmission G, and can be provided in the same way for all embodiments or embodiments.
  • Both in the second and in the third embodiment may optionally be provided, the fifth switching element 03, in the same manner as in the first embodiment.
  • Fig. 6 shows a sectional view of the transmission G according to the second embodiment, but without the second electric machine EM2. Due to the connection between the second ring gear E322 of the second planetary gear set P2 and the output shaft GW2, the fourth and sixth shifting elements 06, 08 in the third embodiment are arranged radially between the second planetary gear set P2 and the housing GG.
  • Fig. 7 shows schematically a transmission G according to a fourth embodiment of the invention.
  • the first and second switching element 18, 14 designed as non-positive switching elements, in particular as multi-plate clutches.
  • the fifth switching element 03 is optional.
  • Fig. 8 shows a sectional view of the transmission G according to the fourth embodiment, without the fifth switching element 03, with a coaxial arrangement of the input shaft GW1 and output shaft GW2 'at axially opposite ends of the transmission G.
  • the formation of the first and second switching element 18, 14 as non-positive switching elements can be clearly seen.
  • the fourth switching element 06 is arranged radially between the ring gear E31 of the first planetary gear P1 and the housing GG.
  • Fig. 9 shows schematically a transmission G according to a fifth embodiment of the invention, which is constructed analogously to the second embodiment shown in Fig. 3, with the difference that in the fifth embodiment, the first and second switching element 14, 18 are designed as non-positive switching elements.
  • the fifth switching element 03 is optionally provided.
  • Fig. 10 shows a sectional view of the transmission G according to the fifth embodiment, without the fifth switching element 03.
  • First and second switching element 18, 14 are arranged at the axial end of the transmission G, which is opposite to the input side of the transmission G.
  • the first switching element 18 is arranged radially outside of the second switching element 14 in order to reduce the axial length of the transmission G.
  • the fourth and sixth switching elements 06, 08 is arranged radially between the first switching element 18 and the housing GG.
  • Fig. 1 1 shows a sectional view of the transmission G according to the fifth embodiment with an alternative embodiment of the fourth and sixth switching element 06, 08.
  • Fourth and sixth switching element 06, 08 are now radially between the smaller effective diameter of the planet gears PL1 of the first planetary gear P1 and Housing GG arranged.
  • This alternative arrangement of the positive switching elements is particularly advantageous for use in the front-transverse drive train of a motor vehicle, since in this driveline architecture, the axial space between the longitudinal members of the front end is very limited. In particular, in the input side of the transmission G facing away from the axial end is to pay attention to a slim design.
  • the form-locking switching elements 06, 08 towards the first planetary gear P1, the space requirement at this point of the transmission G can be reduced.
  • 12 shows a sectional view of the transmission G according to the fifth exemplary embodiment with a further alternative embodiment of the fourth and sixth shifting elements 06, 08.
  • FIG. 13 shows exemplary detailed views of the fourth and sixth switching elements 06, 08 in the embodiment according to FIG. 10.
  • Two elements SM1, SM2 are permanently connected to one another. connected to each other, wherein the first element SM1 serves as a hydraulic piston. Pressurization of the piston leads to an axial displacement of the elements SM1, SM2.
  • the second element SM2 has a U-shaped cross-section with two axially extending legs, wherein on the outer sides of the legs and on the inside of the radially inner leg claw teeth are formed or fixed.
  • An axially fixed to the ring gear E31 of the first planetary gear P1 and connecting shaft W6 has at an inner diameter on two axially separate claw teeth.
  • An axially fixed to the web E22 of the second planetary gear P2 and connecting shaft W8 has an outer diameter on a dog teeth.
  • an insert is fixed, which has at an inner diameter a dog teeth and an axially spring-loaded ball, which serves for locking the second element SM2.
  • the first element SM1 could also be designed as an extension or component of an electromechanical actuation.
  • FIG. 13a shows an axial position of the elements SM1, SM2, in which the teeth formed on the housing insert with the formed on the outside of the radially outer leg of the second element SM2 or fixed
  • FIG. 13b shows an axial position of the elements SM1, SM2, in which furthermore the dog teeth formed on the housing insert engage with the dog teeth formed or fixed on the outside of the radially outer leg of the second element SM2.
  • the elements SM1, SM2 are thus fixed against rotation.
  • the on the inside of the leg of the second element SM2 formed or fixed claw toothing is no longer in engagement with the claw toothing formed on the connecting shaft W6.
  • the dog toothing formed or fixed on the outer side of the radially inner leg of the second element SM2 engages with the dog toothing formed on the connecting shaft W8 connected to the web E22 of the second planetary gear set P2.
  • the sixth switching element 08 is closed, whereby the web E22 of the second planetary gear set P2 is fixed in rotation.
  • FIG. 13c shows an axial position of the elements SM1, SM2, in which, furthermore, the dog teeth formed on the housing insert engage with the dog teeth formed or fixed on the outside of the radially outer leg of the second element SM2.
  • the elements SM1, SM2 are thus fixed against rotation. However, all other dog teeth are disengaged.
  • none of the switching elements 06, 08 is therefore closed.
  • FIG. 13d shows an axial position of the elements SM1, SM2, in which, furthermore, the dog teeth formed on the housing insert are engaged with the dog teeth formed or fixed on the outside of the radially outer leg of the second element SM2.
  • both the connecting shaft W6 and the connecting shaft W8 are fixed in a rotationally fixed manner via the claw toothings.
  • both the ring gear E31 of the first planetary gear set P1 and the web E22 of the second planetary gear set P2 are fixed against rotation. Due to the double coupling of the two planetary gear P1, P2, this leads to a blocking of the wheelset.
  • the second element SM2 is disengaged so far that the spring-loaded ball prevents an independent retraction of the second element SM2.
  • a parking lock P of the transmission can be realized in a simple manner using existing components.
  • the fourth switching element 03 has, designed as a positive claw switching element.
  • the fifth shift element 03 is arranged radially inside the roller bearing of the output shaft toothing.
  • Fig. 15 shows a sectional view of the transmission G according to the fifth embodiment, wherein the illustrated transmission G has the fifth switching element 03, designed as a hydraulically actuated multi-disc brake.
  • the fifth switching element 03 is arranged radially inside the rotor R1 of the first electric machine EM1, close to the output shaft toothing. Due to the design of the fifth shift element 03 as a non-positive shift element, traction-free shifting operations are also possible in those forward gears in which the fifth shift element 03 is to be closed, if the first electric machine EM1 is not available, for example because of an inverter defect.
  • Fig. 16 shows schematically a transmission G according to a sixth embodiment of the invention, which is constructed analogously to the third embodiment shown in Fig. 5, with the difference that in the sixth embodiment, the first and second switching element 14, 18 are designed as non-positive switching elements.
  • the fifth switching element 03 is optionally provided.
  • Fig. 17 shows a sectional view of the transmission G according to the sixth embodiment, without the fifth switching element 03.
  • Formed as a form-locking switching elements fourth and sixth switching elements 06, 08 are arranged radially between the two planetary gear sets P1, P2 and the housing GG.
  • the transmission G in front-longitudinal construction has a particularly slim design. Due to the small space requirement of the transmission G, the center tunnel of the vehicle can be kept small, whereby the space inside the vehicle is improved.
  • Fig. 18 schematically shows a transmission G according to a seventh embodiment of the invention.
  • the first planetary gear P1 has a second ring gear E312, which with the smaller Effective diameter of the planet gears PL1 is engaged.
  • the second ring gear E312 can be fixed in terms of rotation by way of a seventh switching element 07, by being switchably connected to the housing GG via the seventh switching element 07.
  • This additional ring gear E312 and the seventh shift element 07 can be optionally added to each objective gear G.
  • the seventh switching element 07 may be formed as a non-positive switching element or as a form-locking switching element.
  • circuit diagrams for the transmission G of the first to seventh embodiments are shown.
  • a column is provided, in which the function of the first electric machine EM1 is shown. It is represented by a '+' when the first electric machine EM1 is operated at a motor operating point.
  • An operation of the first electric machine EM1 is represented by a '-' in a generator operating point.
  • ⁇ 'a support operation of the first electric machine EM1 is shown, in which the rotor R1 should take no or only a low speed.
  • A, + / - 'an operation of the first electric machine EM1 is shown, in which, depending on the requirement, a generator or a motor operating point is selected.
  • an 'o' an optional operation of the first electric machine EM1 is shown, with both motor and generator operating points are possible. If the column for the function of the first electric machine EM1 contains no entry, then the first electric machine EM1 is inactive.
  • Fig. 19a shows a circuit diagram for a transmission G according to the first embodiment, without the fifth switching element 03.
  • five forward gears G1 to G5 two electro-dynamic operating modes EDA1, EDA2 and a first electrical operating mode E1 are given.
  • the columns of the circuit diagram is represented by a, ⁇ ', which of the switching elements 06, 13, 14, 18 in which forward gear G1 to G5, or operating mode EDA1, EDA2, E1 are closed.
  • an optional operation of the first electric machine EM1 is possible.
  • the first electric machine EM1 can thus both deliver power in the first to fourth forward gear G1 -G4 and take, so also recuperate.
  • the first electric machine EM1 is also able to support all shifting between the first and fifth forward gear G1 -G5, by making the open-form positive switching element load-free before opening. Subsequently, while maintaining the load, the first electric machine EM1 can set the target rotational speed required for closing the interlocking switching element to be closed.
  • the first forward gear G1 is obtained by closing the fourth shift element 06 and the third shift element 13.
  • the second forward gear G2 results from closing the fourth shift element 06 and closing the second shift element 14.
  • the third forward gear G3 results from closing the fourth shift element 06 and the first shift element 18.
  • the fourth forward gear G4 is obtained by closing the first shift element 18 and optionally by closing the third shift element 13 or by closing the second shift element 14.
  • the fifth forward gear G5 is obtained by closing the first shift element 18 and by supporting the first sun gear E1 1 1 of the first planetary gear P1 through the first electric machine EM1.
  • the required support load is relatively low, so that the energy required for it is also low.
  • the electric machine EM1 is regulated so that the rotor R1 has a low speed. This only slightly changes the ratio between the input shaft GW1 and the output shaft GW2, but facilitates the regulation of the first electric machine EM1.
  • a first electrodynamic operating mode EDA1 the second switching element 14 is closed and all other switching elements are open.
  • the torque applied to the output shaft GW2 can be varied steplessly by varying the torque applied to the input shaft GW1 and the torque applied to the rotor R1 of the first electric machine EM1.
  • the first switching element 18 is closed, and all other switching elements are opened.
  • the torque applied to the output shaft GW2 can be varied steplessly by varying the torque applied to the input shaft GW1 and the torque applied to the rotor R1 of the first electric machine EM1.
  • the first electric machine EM1 is operated as a generator.
  • the first electric machine EM1 is operated by a motor.
  • the fourth switching element 06 is closed, and all other switching elements are open.
  • the torque applied to the output shaft GW2 is infinitely variable by variation of the torque applied to the rotor R1 of the first electric machine EM1.
  • the input shaft GW1 and all associated elements are decoupled from the output in the first electrical operating mode E1.
  • Fig. 19b shows a circuit diagram for a transmission G according to the first embodiment, which comprises the fifth switching element 03.
  • the fifth forward gear G5 is formed by closing the fifth switching element 03 and the first switching element 18.
  • the first electric machine EM1 is fixed against rotation, and thus inactive.
  • FIG. 19 c shows a shift pattern for a transmission G according to the second or third embodiment, which comprises the sixth shift element 08.
  • the fifth switching element 03 is not included in the circuit diagram shown, but could be integrated in the same manner as shown in Fig. 19b.
  • the transmission G now has at least one mechanical first reverse gear GR, which is formed by closing the third switching element 13 and the sixth switching element 08.
  • a second reverse gear GR2 is formed by closing the sixth switching element 08 and the second switching element 14. In both reverse gears GR, GR2, the first electric machine EM1 can both output and record power.
  • the sixth switching element 08 is opened.
  • a second electrical operating mode E2 is possible in which only the sixth switching element 08 is closed and all other switching elements are open.
  • the torque applied to the output shaft GW2 is varied by varying the torque applied to the rotor R1 of the first electric machine EM1 infinitely variable. If both the fourth shift element 06 and the sixth shift element 08 are closed, then the wheelset of the transmission G is blocked, whereby a parking lock P is formed.
  • FIG. 19 d shows a circuit diagram for a transmission G according to the seventh exemplary embodiment, which comprises the seventh switching element 07.
  • the seventh switching element 07. are the first, second, fourth, sixth and seventh switching element 18, 14, 06, 08, 07 formed as a form-locking switching elements.
  • the fifth switching element 03 is not included in the circuit diagram shown, but could be integrated in the same manner as shown in Fig. 19b.
  • a seventh forward gear G7 is formed, which has a particularly short gear ratio.
  • the seventh forward gear G7 is therefore still to be classified in the translation series of the transmission G before the first forward gear G1.
  • the seventh forward gear G7 thus forms a crawl, and serves, for example, to increase the inclination capability of the motor vehicle, which is equipped with the transmission G according to the seventh embodiment.
  • Fig. 20a shows a circuit diagram for the transmission G according to the fourth embodiment, which does not include the fifth switching element 03.
  • an additional forward gear specifically a sixth forward gear G6 is switchable.
  • the sixth forward gear G6 is formed by closing the second switching element 14 and by supporting the first sun gear E1 1 1 of the first planetary gear set P1 by the first electric machine EM1.
  • the required support load is relatively low, so that the energy required for it is also low.
  • the electric machine EM1 is regulated so that the rotor R1 has a low speed. This only slightly changes the ratio between the input shaft GW1 and the output shaft GW2, but facilitates the regulation of the first electric machine EM1.
  • Fig. 20b shows a circuit diagram for the transmission G according to the fourth embodiment, which comprises the fifth switching element 03.
  • the sixth forward Gear G6 is formed by closing the fifth switching element 03 and the second switching element 14.
  • the first electric machine EM1 is fixed against rotation, and thus inactive.
  • Fig. 20c shows a circuit diagram for the transmission G according to the fifth and sixth embodiments, without the fifth switching element 03.
  • the circuit diagram shown is identical to the circuit diagram shown in Fig. 19c to the sixth forward gear G6.
  • Fig. 20d shows a circuit diagram for a transmission G according to the seventh embodiment, which comprises the seventh switching element 07.
  • the first and second switching element 18, 14 are formed as non-positive switching elements.
  • the circuit diagram shown is identical to the circuit diagram shown in FIG. 19d except for the sixth forward gear G6.
  • Fig. 21 schematically shows a transmission G according to an eighth embodiment of the invention.
  • an additional switching element K which is arranged in the power flow between the third switching element 13 and the first sun gear E1 1 1 of the first planetary gear P1. Accordingly, by closing the third switching element 13, a rotationally fixed connection between the input shaft GW1 and the rotor R1 of the first electric machine EM1 is produced. By closing the additional switching element K, a rotationally fixed connection between the rotor R1 and the first sun gear E1 1 1 of the first planetary gear set P1 is produced.
  • the transmission G according to the eighth embodiment necessarily has the fifth switching element 03.
  • the additional switching element K is designed as a form-locking switching element, in particular as a dog clutch.
  • the fifth switching element 03 is formed either as a form-locking switching element or as a non-positive switching element. This also applies to the first and second switching element 18, 14. 22 shows a sectional view of the transmission G according to the eighth embodiment, with a coaxial arrangement of the input shaft GW1 and output shaft GW2 'at axially opposite ends of the transmission G,
  • first and second switching element 18, 14 are designed as non-positive multi-plate clutches
  • the fifth switching element 03 is designed as a positive jaw clutch.
  • the additional switching element K and the fifth switching element 03 are actuated by the same actuator. Depending on the position of this actuating element, either the additional switching element K or the fifth switching element 03 is closed.
  • the additional switching element K and the fifth switching element 03 are arranged axially between the third switching element 13 and the first planetary gear set P1, radially close to the input shaft GW1.
  • Fig. 23 schematically shows a transmission G according to a ninth embodiment of the invention.
  • the transmission G according to the ninth embodiment the sixth switching element 08, whereby the formation of the mechanical reverse gears GR, GR2 is possible.
  • First and second switching element 18, 14 are designed as non-positive switching elements.
  • the first and second switching element 18, 14 may be formed as a form-locking switching elements.
  • Fig. 24 shows a sectional view of the transmission G according to the ninth embodiment.
  • the basic structure of the transmission G corresponds to the fifth embodiment shown in Fig. 12, supplemented by the additional switching element K and the fifth switching element 03.
  • the additional switching element K and the fifth switching element 03 are formed as a form-locking switching elements, and are arranged radially within the output shaft bearing , Also in the ninth embodiment, the additional switching element K and the fifth switching element 03 on a common operation, which holds either the additional switching element K or the fifth switching element 03 in the closed state.
  • FIG. 25 shows detailed views of the ninth embodiment for the arrangement of the additional switching element Z and the fifth switching element 03.
  • a first element SM3 is radially guided in a recess of the housing GG and by applying displaceable in the axial direction with hydraulic pressure.
  • the first element SM3 thus serves as a hydraulic piston.
  • About a Mit Spotifyfortsatz the first element SM3 is connected to a second element SM4, so that the second element SM4 is axially displaced in the same direction with the first element SM3.
  • a bearing is provided on the driving extension, which allows a differential rotational speed between the first and second elements SM3, SM4.
  • the second element SM4 has at its outer diameter on a claw toothing, which may be dependent on the axial position of the elements SM3, SM4 with a claw toothing formed on the housing GG in engagement. At the inner diameter of the second element SM4 a dog toothing is also formed. At a connecting to the rotor R1 of the first electric machine EM1 connecting shaft WR1 a dog toothing is formed on the outer diameter. At a connecting shaft W3 connected to the first sun gear E1 11 of the first planetary gear set P1, a further dog toothing is formed on the outer diameter.
  • a first axial position of the elements SM3, SM4 is shown.
  • the dog teeth formed on the outer periphery of the second element SM4 is not engaged with the dog teeth formed on the housing GG.
  • the claw toothing formed on the inner diameter of the second element SM4 engages with the dog teeth of the connecting shafts WR1, W3.
  • the additional switching element K is closed, and the fifth switching element 03 is open.
  • a second axial position of the elements SM3, SM4 is shown.
  • the claw toothing formed on the outer circumference of the second element SM4 engages with the claw toothing formed on the housing GG.
  • the second element SM4 is thus fixed against rotation.
  • the claw toothing formed on the inner diameter of the second element SM4 is engaged with the claw toothing formed on the connecting shaft W3.
  • the dog teeth formed on the connecting shaft WR1 are not engaged.
  • the fifth switching element 03 is closed, and the additional switching element K is open.
  • Fig. 25c an alternative embodiment of the operation of the fifth Druckele- element 03 is shown.
  • the second element SM4 is designed in two parts, wherein the previously formed on the outer diameter of the second element SM4 claw toothing is now formed on a separate component SM5. Between the separate component SM5 and the second element SM4, a further dog toothing is formed.
  • the separate component SM5 is biased by a spring in the axial direction, which loads the dog teeth between the separate component SM5 and the second element SM4 in the closing direction.
  • the fifth switching element 03 is formed as a two-stage interlocking switching element, which improves the closing under load.
  • fifth switching element 03 and additional switching element K shown in FIG. 25 is not mandatory.
  • the fifth switching element 03 and the additional switching element K can be operated independently of each other in alternative embodiments.
  • Fig. 26a shows a circuit diagram for the transmission G according to the eighth embodiment.
  • the first and second switching element 14, 18 are designed as non-positive switching elements.
  • the auxiliary switching element K is closed in all forward gears and operating modes except for the fifth and sixth forward gear G5, G6.
  • the fifth forward gear G5 is formed by closing the fifth shift element 03 and the first shift element 18, wherein optionally also the third shift element 13 may be closed. If the third switching element 13 is closed, the first electric machine EM1 can also output or record power in the fifth forward gear G5.
  • the sixth forward gear G6 is formed by closing the fifth shift element 03 and the second shift element 14, wherein optionally also the third shift element 13 may be closed.
  • the first electric machine EM1 can also output or record power in the sixth forward gear G6.
  • the first and second switching element 18, 14 formed as a form-locking switching elements, so also applies the circuit diagram of FIG. 26a, without the sixth forward gear G6.
  • Fig. 26b shows a circuit diagram for the transmission G according to the ninth embodiment, which contains the sixth switching element 08, wherein the first and second switching element 14, 18 are formed as non-positive switching elements.
  • the third shift element 13 is optional and closed in particular when the first electric machine EM1 is to supply power to the transmission G or to decrease power from the transmission G.
  • the additional switching element K is closed in addition to the third switching element 13 and the sixth switching element 08.
  • the additional shift element K is optionally closed.
  • the additional shift element K is to be closed in the second reverse gear GR2 in particular when the first electric machine EM1 is to support the operation in the second reverse gear GR2.
  • the additional switching element K is closed in addition to the sixth switching element 08.
  • the fifth shift element 03 and / or the additional shift element K can be closed in the parking lock P as well. If the actuation of the additional switching element K and of the fifth switching element 03 is designed such that one of these two switching elements K, 03 is always closed, the additional switching element K is preferably closed.
  • Fig. 27a shows an alternative circuit diagram for the transmission G according to the eighth embodiment, which differs in particular by the formation of the second and third forward gear G2 ', G3'.
  • the second forward gear G2 ' is formed by closing the fourth switching element 06 and the second switching element 14.
  • the fifth switching element 03 and the additional switching element K are open.
  • the third forward gear G3 ' is formed by closing the fourth switching element 06 and the first switching element 18.
  • the fifth switching element 03 and the additional switching element K are open. If the first electric machine EM1 in the second or third forward gear G2 ', G3' supply power to the transmission G or receive from this, the third switching element 13 is optionally closed.
  • Fig. 27b shows an alternative circuit diagram for the transmission G according to the ninth embodiment.
  • the formation of the second and third forward gears G2 ', G3' corresponds to the embodiment shown in Fig. 26a.
  • the fourth forward gear G4 can be formed by closing two of the following shift elements: first shift element 18, second shift element 14, third shift element 13.
  • the first shift element 18 is always involved in the formation of the fourth forward gear G4 since the first shift element 18 also in the third and fifth forward gear G3, G3 ', G5 is involved.
  • the fourth forward gear G4 formed by closing the first and second switching element 18, 14, the additional switching element K can also be opened. If the first electric machine EM1 is to deliver or pick up power, then the third switching element 13 is to be closed.
  • the second reverse gear GR2 can therefore also be formed by closing the sixth switching element 08, the second switching element 14, wherein the additional switching element K is opened. If the first electric machine EM1 is to deliver or pick up power, then the third switching element 13 is to be closed.
  • the first and second switching element 18, 14 formed as a form-locking switching elements, so also applies the circuit diagram of FIG. 26a, without the sixth forward gear G6.
  • the gears G according to the eighth and ninth embodiments could optionally also have the seventh switching element 07. For the sake of clarity, this is not shown in the figures.
  • the seventh forward speed thus formed G7 is next to the seventh switching element 07 and the third switching element 13 and the additional switching element K to close.
  • All illustrated embodiments and embodiments of the invention may include the second electric machine EM2 as shown in FIG.
  • hydraulic actuation of the switching elements including the additional switching element K is merely exemplary.
  • the operation of selected or even all switching elements including the additional switching element K can also be effected by one or more electromechanical actuators.
  • Fig. 28 shows schematically a drive train of a motor vehicle.
  • the drive train has an internal combustion engine VKM, which is connected via a torsional vibration damper TS to the input shaft GW1 of the transmission G.
  • the output shaft GW2 is drive-connected with an axle drive AG. Starting from the axle drive AG, the power applied to the output shaft GW2 is distributed to wheels DW of the motor vehicle.
  • electric power is supplied to the stator S1 via an inverter, not shown.
  • the stator S1 supplies electrical power to the inverter.
  • the inverter converts the DC voltage of an energy storage, not shown, into an AC voltage suitable for the first electric machine EM1, and vice versa.
  • the transmission G is shown according to the first embodiment. This is only an example.
  • the hybrid powertrain could be constructed with any embodiment of the transmission G.

Abstract

Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Eingangswelle (GW1), einer Abtriebswelle (GW2), einem als Stufenplanetenradsatz ausgebildeten ersten Planetenradsatz (P1), dessen Planetenräder (PL1) zwei unterschiedliche Wirkdurchmesser aufweisen, und einem zweiten Planetenradsatz (P2), wobei der erste und der zweite Planetenradsatz (P1, P2) als Minus-Radsätze ausgebildet sind, wobei ein erstes Sonnenrad (E111) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit dem größeren Wirkdurchmesser der Planetenräder (PL1) in Eingriff steht, wobei ein zweites Sonnenrad (E112) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit dem kleineren Wirkdurchmesser der Planetenräder (PL1) in Eingriff steht, wobei das zweite Sonnenrad (E112) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit einem Sonnenrad (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig verbunden ist, wobei ein Steg (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit einem Hohlrad (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig verbunden ist, wobei die Eingangswelle (GW1) über ein erstes Schaltelement (18) mit dem Steg (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) und über ein zweites Schaltelement (14) mit dem zweiten Sonnenrad (E112) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) verbindbar ist, wobei die Abtriebswelle (GW2) an das Hohlrad (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) angebunden ist, wobei das Getriebe (G) eine erste elektrische Maschine (EM1) mit einem drehfesten Stator (S1) und einem drehbaren Rotor (R1) aufweist, wobei die Eingangswelle (GW1) über ein drittes Schaltelement (13) mit dem Rotor (R1) der ersten elektrischen Maschine (EM1) verbindbar ist, wobei das erste Sonnenrad (E111) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit dem Rotor (R1) der ersten elektrischen Maschine (EM1) entweder ständig oder über ein Zusatzschaltelement (K) schaltbar verbunden ist, und wobei ein Hohlrad (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) über ein viertes Schaltelement (06) drehfest festsetzbar ist.

Description

GETRIEBE FÜR EIN KRAFTFAHRZEUG UND ANTRIEBSSTRANG DAMIT
Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug mit einer Eingangswelle, einer Abtriebswelle, zwei Planetenradsätzen und zumindest vier Schaltelemente. Die Erfindung betrifft ferner einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug.
Ein Getriebe bezeichnet hier insbesondere ein mehrgängiges Getriebe, bei dem eine Vielzahl von Gängen, also Übersetzungsverhältnisse zwischen der Eingangswelle und der Abtriebswelle, durch Schaltelemente vorzugsweise automatisch schaltbar sind. Bei den Schaltelementen handelt es sich hier beispielsweise um Kupplungen oder Bremsen. Derartige Getriebe finden vor allem in Kraftfahrzeugen Anwendung, um die Drehzahl- und Drehmomentabgabecharakteristik der Antriebseinheit den Fahrwiderständen des Fahrzeugs in geeigneter weise anzupassen.
Aus Fig. 20 der Patentanmeldung WO 2006/015845 A1 ist ein Mehrstufen- Automatgetriebe mit einer Antriebswelle, einer Abtriebswelle, einem Vorschaltrad- satz, einem Hauptradsatz und mindestens sechs Schaltelementen bekannt, welches zumindest acht gruppenschaltungsfrei schaltbare Vorwärtsgänge ermöglicht. Der Hauptradsatz ist durch einen sogenannten Simpson-Radsatz ausgebildet, welcher aus zwei Einzelplanetenradsätzen besteht. Dazu sind die Sonnenräder der beiden Planetenradsätze ständig verbunden, und bilden derart eine erste Koppelwelle. Der Steg des ersten Planetenradsatzes ist mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes ständig verbunden, wodurch eine zweite Koppelwelle gebildet wird. Einer der beiden Einzelplanetenradsätze ist dabei als ein Stufenplanetenradsatz ausgebildet, dessen Planetenräder zwei unterschiedliche Wirkdurchmesser aufweisen. Die Abtriebswelle ist an die zweite Koppelwelle unmittelbar angebunden.
Die noch unveröffentlichte Patentanmeldung DE 10 2013 225 208.0 der Anmelderin beschreibt in Fig. 6 ein Getriebe mit einem ersten Planetenradsatz und einem zweiten Planetenradsatz, welche als Simpson-Radsatz ausgebildet sind. Eine Abtriebswelle ist mit der zweiten Koppelwelle ständig verbunden. Das Getriebe weist ferner eine elektrische Maschine mit einem drehbaren Rotor und einem drehfesten Stator auf, wobei der Rotor mit einem Sonnenrad eines zusätzlichen Planetenradsat- zes verbunden ist, und Steg und Hohlrad des zusätzlichen Planetenradsatzes mit zwei Wellen des Simpson-Radsatzes verbunden sind. Das Getriebe weist insgesamt vier Vorwärtsgänge zwischen der Eingangswelle und der Abtriebswelle auf.
Beide oben genannten Getriebe weisen insgesamt drei Planetenradsätze auf, und erfordern somit einen hohen Bauaufwand und einen geeignet großen Bauraum. Zudem verschlechtert der zusätzliche Planetenradsatz den Wirkungsgrad des Getriebes. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug mit zumindest fünf Vorwärtsgängen bereitzustellen, welches sich durch einen einfachen Aufbau und einen hohen Wirkungsgrad auszeichnet, sowie durch geschickte Anbin- dung einer elektrischen Maschine eine hohe Funktionalität aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 . Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren.
Das Getriebe weist eine Eingangswelle, eine Abtriebswelle, einem als Stufenplane- tenradsatz ausgebildeten ersten Planetenradsatz, dessen Planetenräder zwei unterschiedliche Wirkdurchmesser aufweisen, und einem zweiten Planetenradsatz auf. Der erste und der zweite Planetenradsatz sind als Minus-Radsätze ausgebildet. Ein Planetenradsatz umfasst ein Sonnenrad, einen Steg und ein Hohlrad. An dem Steg drehbar gelagert sind Planetenräder, welche mit der Verzahnung des Sonnenrades und/oder mit der Verzahnung des Hohlrads kämmen. Ein Minus-Radsatz bezeichnet einen Planetenradsatz mit einem Steg, an dem die Planetenräder drehbar gelagert sind, mit einem Sonnenrad und mit einem Hohlrad, wobei die Verzahnung zumindest eines der Planetenräder sowohl mit der Verzahnung des Sonnenrades, als auch mit der Verzahnung des Hohlrades kämmt, wodurch das Hohlrad und das Sonnenrad in entgegengesetzte Drehrichtungen rotieren, wenn das Sonnenrad bei feststehendem Steg rotiert. Ein Plus-Radsatz unterscheidet sich zu dem gerade beschriebenen Minus-Planetenradsatz dahingehend, dass der Plus-Radsatz innere und äußere Planetenräder aufweist, welche drehbar an dem Steg gelagert sind. Die Verzahnung der inneren Planetenräder kämmt dabei einerseits mit der Verzahnung des Sonnenrads und andererseits mit der Verzahnung der äußeren Planetenräder. Die Verzahnung der äußeren Planetenräder kämmt darüber hinaus mit der Verzahnung des Hohlrades. Dies hat zur Folge, dass bei feststehendem Steg das Hohlrad und das Sonnenrad in die gleiche Drehrichtung rotieren.
Ein erstes Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes steht mit dem größeren Wirkdurchmesser der Planetenräder in Eingriff. Ein zweites Sonnenrad steht mit dem kleineren Wirkdurchmesser der Planetenräder in Eingriff. Der Wirkdurchmesser des ersten und zweiten Sonnenrads ist entsprechend unterschiedlich groß.
Das zweite Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes ist mit einem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes ständig verbunden, und ist derart ein Bestandteil einer ersten Koppelwelle. Ein Steg des ersten Planetenradsatzes ist mit einem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes ständig verbunden, und ist derart Bestandteil einer zweiten Koppelwelle. Erster und zweiter Planetenradsatz bilden somit einen sogenannten Simpson-Radsatz.
Die Eingangswelle ist über ein erstes Schaltelement mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes und über ein zweites Schaltelement mit dem zweiten Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes verbindbar.
Die Abtriebswelle ist an das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes angebunden. Eine derartige Anbindung kann entweder durch eine ständig drehfeste Verbindung zwischen der Abtriebswelle und dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes gebildet sein, beispielsweise in Form einer Welle, oder auch über eine oder mehrere Verzahnungen zwischen der Abtriebswelle und dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes.
Erfindungsgemäß weist das Getriebe eine erste elektrische Maschine mit einem drehfesten Stator und einem drehbaren Rotor auf, wobei die Eingangswelle über ein drittes Schaltelement mit dem Rotor der ersten elektrischen Maschine verbindbar ist. Das erste Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes ist mit dem Rotor der ersten elektrischen Maschine entweder ständig oder über ein Zusatzschaltelement schaltbar verbunden. Ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes ist über ein viertes Schaltele- ment drehfest festsetzbar ist, indem das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes über das vierte Schaltelement mit einem Gehäuse oder mit einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes schaltbar verbunden ist.
Das durch die Merkmale des Anspruchs 1 ausgebildete Getriebe weist einen kompakten Aufbau auf, da es aus konstruktiver Sicht lediglich zwei Planetenradsätze beinhaltet. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau weist das Getriebe einen hervorragenden Wirkungsgrad auf, insbesondere da sich in den einzelnen Gängen nur wenige Verzahnungen im Leistungspfad des Getriebes befinden. Die Anbindung der ersten elektrischen Maschine ermöglicht zahlreiche Zusatzfunktionen, da der Rotor der ersten elektrischen Maschine nicht, wie sonst bei Getriebe für Parallel-Hybrid- Antriebsstränge üblich, mit der Eingangswelle verbunden ist. Dadurch kann im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs beispielsweise eine Kupplung zwischen der Eingangswelle des Getriebes und einer Verbrennungskraftmaschine des Antriebsstrangs entfallen.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau kann die Abtriebswelle zur Eingangswelle koaxial, an gegenüberliegenden axialen Enden des Getriebes G angeordnet werden. Alternativ dazu ist auch ein zur Eingangswelle achsparalleler Abtrieb möglich. Das Getriebe kann daher sowohl für einen Front-Längs-Antriebsstrang als auch für einen Front-Quer-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges verwendet werden.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist das erste Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes über ein fünftes Schaltelement drehfest festsetzbar, indem das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes über das fünfte Schaltelement mit dem Gehäuse oder mit einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes schaltbar verbunden ist. Der Einsatz des fünften Schaltelements ist jedoch optional, da das erste Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes auch durch die erste elektrische Maschine abgestützt werden kann. Dabei wird die erste elektrische Maschine vorzugsweise derart geregelt, dass der Rotor eine geringe Drehzahl aufweist. Dies erleichtert die Regelung der ersten elektrischen Maschine. Durch selektives Betätigen des ersten, zweiten, dritten, vierten und gegebenenfalls fünften Schaltelements, bzw. des Zusatzschaltelements sind wenigstens fünf Vorwärtsgänge zwischen der Eingangswelle und der Abtriebswelle vorzugsweise automatisiert schaltbar. Abhängig davon, ob das erste Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes ständig oder schaltbar mit dem Rotor der ersten elektrischen Maschine verbunden ist, ergeben sich zwei verschiedene Varianten zur Bildung der Vorwärtsgänge.
Nachfolgend wird die Bildung der Vorwärtsgänge für ein Getriebe mit ständiger Verbindung zwischen dem Rotor der ersten elektrischen Maschine und dem ersten Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes beschrieben. Der erste Vorwärtsgang wird durch Schließen des vierten Schaltelements und des dritten Schaltelements gebildet. Der zweite Vorwärtsgang wird durch Schließen des vierten Schaltelements und des zweiten Schaltelements gebildet. Der dritte Vorwärtsgang wird durch Schließen des vierten Schaltelements und des ersten Schaltelements gebildet. Der vierte Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelements und wahlweise des dritten Schaltelements oder des zweiten Schaltelements gebildet. Der fünfte Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten und wahlweise durch Schließen des fünften Schaltelements oder durch Abstützung des ersten Sonnenrads des ersten Planetenradsatzes mittels der ersten elektrischen Maschine gebildet. Dadurch wird, bei geeigneter Wahl der Standgetriebeübersetzungen der Planetenradsätze, eine für die Anwendung im Kraftfahrzeug gut geeignete Übersetzungsreihe erzielt. Zudem weisen zwei benachbarte Vorwärtsgänge stets ein Schaltelement auf, das in beiden diesen Gängen geschlossen ist. Dies vereinfacht den Schaltvorgang und verkürzt die Schaltdauer zwischen benachbarten Vorwärtsgängen. Da im ersten bis dritten Vorwärtsgang das vierte Schaltelement geschlossen ist, kann auch eine Direktschaltung zwischen dem ersten und dritten Vorwärtsgang vorgenommen werden. Da im dritten bis fünften Vorwärtsgang das erste Schaltelement geschlossen ist, kann auch eine Direktschaltung zwischen dem dritten und dem fünften Vorwärtsgang vorgenommen werden. Das Getriebe ermöglicht damit eine besonders vorteilhafte Vielfalt an möglichen Direktschaltvorgängen, auch ohne Einlegen von Zwischengängen. Im vierten Vorwärtsgang werden die beiden Planetenradsätze verblockt, sodass sämtliche Elemente des ersten und zweiten Planetenradsatzes mit der gleichen Drehzahl umlaufen. Dies kann durch Schließen von zwei der folgenden Schaltelemente erreicht werden: erstes Schaltelement, zweites Schaltelement, drittes Schaltelement. Dies gilt für sämtliche Ausführungsformen und Ausführungsbeispiele. Vorzugsweise ist zumindest das erste Schaltelement an der Bildung des vierten Vorwärtsganges zu beteiligen, da das erste Schaltelement auch an der Bildung des dritten und fünften Vorwärtsgangs beteiligt ist. Dies erleichtert den Schaltvorgang vom dritten in den vierten, bzw. vom vierten in den fünften Vorwärtsgang, und umgekehrt.
Eine drehfeste Festsetzung des ersten Sonnenrads des ersten Planetenradsatzes oder eine weitgehend drehfeste Abstützung dieses Sonnenrads durch die erste elektrische Maschine ist nur im fünften Vorwärtsgang erforderlich. Das dabei abzustützende Moment ist daher gering. Daher ist ein Entfall des fünften Schaltelements nicht nachteilig, da die elektrische Maschine nur einen geringen Energiebedarf zum Abstützen benötigt.
Nachfolgend wird die Bildung der Vorwärtsgänge für ein Getriebe mit über das Zusatzschaltelement schaltbarer Verbindung zwischen dem Rotor der ersten elektrischen Maschine und dem ersten Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes sowie mit fünftem Schaltelement beschrieben. Der erste Vorwärtsgang wird durch Schließen des vierten Schaltelements, des dritten Schaltelements und des Zusatzschaltelements gebildet. Der zweite Vorwärtsgang wird durch Schließen des vierten Schaltelements, des zweiten Schaltelements und des Zusatzschaltelements gebildet. Der dritte Vorwärtsgang wird durch Schließen des vierten Schaltelements, des ersten Schaltelements und des Zusatzschaltelements gebildet. Der vierte Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelements, des Zusatzschaltelements und wahlweise des dritten Schaltelements oder des zweiten Schaltelements gebildet. Der fünfte Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelements und des fünften Schaltelements gebildet, wobei optional auch das dritte Schaltelement geschlossen sein kann. Im Unterschied zur Ausführung mit ständiger Verbindung zwischen dem Rotor der ersten elektrischen Maschine und dem ersten Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes kann die erste elektrische Maschine hierbei auch im mechanisch fest definierten fünften Vorwärtsgang Leistung abgeben und aufnehmen, sofern das dritte Schaltelement geschlossen ist. Dies ist insbesondere bei Verwendung des Getriebes im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs von Bedeutung. Ist das dritte Schaltelement im fünften Vorwärtsgang geöffnet, so ist die erste elektrische Maschine vom Antriebsstrang abgekoppelt. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Kraftfahrzeug- Antriebsstrangs verbessert, da die elektrische Maschine keine Schleppverluste erzeugt. Dies ist besonders im fünften Gang vorteilhaft, da dieser Gang im Kraftfahrzeug beispielweise bei einer Fahrt mit hoher Geschwindigkeit genutzt wird. Bei derartigen Konstantfahrten ist eine Nutzung der ersten elektrischen Maschine häufig ohnehin nicht erforderlich.
Nachfolgend wird eine alternative Bildung der Vorwärtsgänge für ein Getriebe mit über das Zusatzschaltelement schaltbarer Verbindung zwischen dem Rotor der ersten elektrischen Maschine und dem ersten Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes sowie mit fünftem Schaltelement beschrieben. Der erste Vorwärtsgang wird durch Schließen des vierten Schaltelements, des dritten Schaltelements und des Zusatzschaltelements gebildet. Der zweite Vorwärtsgang wird durch Schließen des vierten Schaltelements und des zweiten Schaltelements gebildet, wobei optional auch das dritte Schaltelement geschlossen sein kann. Der dritte Vorwärtsgang wird durch Schließen des vierten Schaltelements und des ersten Schaltelements gebildet, wobei optional auch das dritte Schaltelement geschlossen sein kann. Der vierte Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelements, des Zusatzschaltelements und wahlweise des dritten Schaltelements oder des zweiten Schaltelements gebildet. Der fünfte Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelements und des fünften Schaltelements gebildet. Durch diese alternative Bildung der Vorwärtsgänge ist es möglich, das gattungsgemäße Getriebe als herkömmliches Automatikgetriebe zu betreiben, ohne Einfluss der ersten elektrischen Maschine. Durch optionales Schließen des dritten Schaltelements im zweiten, dritten und fünften Vorwärtsgang wird die erste elektrische Maschine mit der Eingangswelle verbunden, wodurch die erste elektrische Maschine auch in dieser alternativen Bildung der Vorwärtsgänge in den Kraftfluss eingebunden werden kann. Diese alternative Bildung der Vorwärtsgänge setzt eine voneinander unabhängige Betätigung des Zusatzschaltelements und des fünften Schaltelements voraus. Nachfolgend wird eine alternative Bildung des vierten Vorwärtsganges für ein Getriebe mit über das Zusatzschaltelement schaltbarer Verbindung zwischen dem Rotor der ersten elektrischen Maschine und dem ersten Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes sowie mit fünftem Schaltelement beschrieben. Wird der vierte Vorwärtsgang durch Schließen des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements gebildet, so kann dabei das Zusatzschaltelement geöffnet sein, und dafür das dritte Schaltelement optional geschlossen sein. Das dritte Schaltelement ist dabei insbesondere dann zu schließen, wenn die erste elektrische Maschine Leistung abgeben oder aufnehmen soll.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind das erste, zweite und vierte Schaltelement als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Formschlüssige Schaltelemente, beispielsweise Klauen-Schaltelemente, zeichnen sich im geöffneten Zustand durch geringere Schleppverluste als kraftschlüssige Schaltelemente aus, wodurch die Reibungsverluste des Getriebes deutlich reduzierbar sind. Die Anbin- dung der ersten elektrischen Maschine an das erste Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes ermöglicht dabei die Unterstützung von Schaltvorgängen, wodurch die Lastfreistellung und Synchronisierung der formschlüssigen Schaltelemente ermöglicht wird ohne das Abtriebsmoment deutlich zurückzunehmen. Das dritte Schaltelement ist in dieser Ausführungsform bevorzugt als kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet, beispielsweise in Form einer Lamellenkupplung. Im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs kann das dritte Schaltelement daher als Anfahrelement dienen, da kraftschlüssige Schaltelemente eine variable Drehmomentübertragungsfähigkeit aufweisen, und da das dritte Schaltelement an der Bildung des ersten Vorwärtsganges beteiligt ist. Soll eine mit der Eingangswelle verbundene Verbrennungskraftmaschine mittels der ersten elektrischen Maschine und/oder durch Kopplung mit der Abtriebswelle gestartet werden, so ist durch die Ausbildung des dritten Schaltelements als kraftschlüssiges Schaltelement zudem eine Schlupfentkopplung möglich. Bei der Schlupfentkopplung wird das dritte Schaltelement im Schlupf, also unter Differenzdrehzahl der Kupplungshälften betrieben. Dadurch kann ein Ruck im Antriebsstrang, welcher durch das Anlassen der Verbrennungskraftmaschine hervorgerufen wird, reduziert werden. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement durch einen gemeinsamen Betätigungsmechanismus betätigbar. In dieser Ausführungsform sind das erste Schaltelement und das dritte Schaltelement an der Bildung des vierten Vorwärtsgangs beteilgt. Somit sind das erste und das zweite Schaltelement in keinem Gang zur gleichen Zeit geschlossen. Dadurch ist es möglich, dass das erste und zweite Schaltelement durch einen gemeinsamen Betätigungsmechanismus zu betätigen, der in einer ersten Stellung ein Schließen des ersten Schaltelements bewirkt. In einer zweiten Stellung wird das Schließen des zweiten Schaltelements bewirkt. In einer Mittelstellung bewirkt der Betätigungsmechanismus, dass weder das erste noch das zweite Schaltelement geschlossen ist. Durch diese doppeltwirkende Aktuatorik kann die Komplexität des Getriebes weiter reduziert werden.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind das erste, zweite und dritte Schaltelement als kraftschlüssige Schaltelemente, insbesondere als Lamellenkupplungen ausgebildet. Das vierte Schaltelement ist auch in dieser alternativen Ausführungsform als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet, beispielsweise in Form einer Klauen-Kupplung. Diese Ausbildung ermöglicht auch dann zugkraftunterbrechungs- freie Schaltungen, wenn die erste elektrische Maschine keine Leistung abgeben oder aufnehmen kann. Ein solcher Zustand kann beispielsweise bei tiefen Umgebungstemperaturen auftreten, die eine Leistungsaufnahme oder Leistungsabgabe eines elektrochemischen Energiespeichers beeinträchtigen, sodass die erste elektrische Maschine funktional nicht zur Verfügung stehen kann. Denn durch die Ausbildung der ersten, zweiten und dritten Schaltelemente als Lamellen-Kupplungen sind Überschneidungsschaltungen möglich, so wie sie in konventionellen Kraftfahrzeug- Automatikgetrieben üblich sind.
Gemäß einer möglichen Ausbildung der alternativen Ausführungsform weist das Getriebe einen sechsten Vorwärtsgang auf, welcher sich durch Schließen des zweiten Schaltelements und wahlweise durch Schließen des fünften Schaltelements oder durch Abstützung des ersten Sonnenrads des ersten Planetenradsatzes mittels der ersten elektrischen Maschine ergibt, sofern das erste Sonnenrad des ersten Plane- tenradsatzes mit dem Rotor der ersten elektrischen Maschine ständig verbunden ist. Ein derart ausgebildeter sechster Vorwärtsgang weist eine besonders lange Übersetzung auf. Dies ist besonders bei der Verwendung im Antriebsstrang mit zugkraftstarker Verbrennungskraftmaschine von Bedeutung, da durch einen derart lang übersetzten Gang die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine beispielsweise bei hohem Tempo reduziert werden kann. Dadurch werden der Fahrkomfort sowie der Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs verbessert.
Bei einem Getriebe mit Zusatzschaltelement und fünftem Schaltelement wird der sechste Vorwärtsgang durch Schließen des fünften und des zweiten Schaltelements gebildet. Wird dazu noch das dritte Schaltelement geschlossen, so befindet sich die erste elektrische Maschine im sechsten Vorwärtsgang ebenfalls im Leistungspfad. Derart kann die erste elektrische Maschine auch im sechsten Vorwärtsgang Leistung abgeben oder aufnehmen.
Vorzugweise weist das Getriebe ein sechstes Schaltelement auf, mittels dem der Steg des zweiten Planetenradsatzes drehfest festsetzbar ist, indem der Steg des zweiten Planetenradsatzes über das sechste Schaltelement mit dem Gehäuse oder mit einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes schaltbar verbunden ist. Durch Schließen des sechsten Schaltelements, des dritten Schaltelements und gegebenenfalls des Zusatzschaltelements ergibt sich ein erster Rückwärtsgang zwischen der Eingangswelle und der Abtriebswelle. Das sechste Schaltelement ist als optional anzusehen. Weist das Getriebe kein sechstes Schaltelement auf, so kann ein Rückwärtsgang auch durch Schließen des vierten Schaltelements und gegebenenfalls des Zusatzschaltelements und durch Betrieb der ersten elektrischen Maschine erfolgen. Das Getriebe erlaubt jedoch auf einfache Weise auch die Ausbildung mechanischer Rückwärtsgänge.
Ein zweiter Rückwärtsgang ergibt sich durch Schließen des sechsten Schaltelements und des zweiten Schaltelements. Der zweite Rückwärtsgang kann sowohl zusätzlich oder anstatt dem ersten Rückwärtsgang vorgesehen sein. Soll die erste elektrische Maschine den Betrieb im zweiten Rückwärtsgang unterstützen, so ist gegebenenfalls das Zusatzschaltelement zu schließen. Gemäß einer möglichen Ausgestaltung weist der zweite Planetenradsatz ein zweites Hohlrad auf, welches mit der Abtriebswelle verbunden ist. Auch in dieser Ausgestaltung ist das„erste" Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes an die Abtriebswelle angebunden, da das„erste" Hohlrad mit dem zweiten Hohlrad über die Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Steg des zweiten Planetenradsatzes und dem sechsten Schaltelement führt dabei zwischen den beiden Hohlrädern des zweiten Planetenradsatzes hindurch. Vorzugsweise weisen die beiden Hohlräder denselben Wirkdurchmesser auf. Somit sind die Drehzahlen der beiden Hohlräder ident, so als ob sie miteinander verbunden wären. Diese Ausgestaltung erlaubt eine koaxiale Anordnung von Eingangswelle und Abtriebswelle trotz eines mechanischen Rückwärtsgangs. Eine derartige Anordnung ist insbesondere bei Fahrzeugen mit einem sogenannten Front-Längs-Antriebsstrang vorteilhaft.
Weist das Getriebe das sechste Schaltelement auf, so sind das sechste Schaltelement und das vierte Schaltelement vorzugsweise durch einen gemeinsamen Betätigungsmechanismus betätigbar. Da das sechste und das vierte Schaltelement in keinem Gang zur gleichen Zeit geschlossen sind, ist eine solche Betätigung ohne Einschränkung der Funktionalität des Getriebes möglich. In einer ersten Stellung des Betätigungsmechanismus ist das sechste Schaltelement geschlossen, und das vierte Schaltelement ist geöffnet. In einer zweiten Stellung des Betätigungsmechanismus ist das vierte Schaltelement geschlossen, und das sechste Schaltelement ist geöffnet. In einer Mittelstellung sind sowohl das vierte als auch das sechste Schaltelement geöffnet. Durch diese doppeltwirkende Aktuatorik kann die Komplexität des Getriebes weiter reduziert werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Getriebes steht das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes, welches über das vierte Schaltelement drehfest festsetzbar ist, mit dem größeren Wirkdurchmesser der Planetenräder im Eingriff. Ein zweites Hohlrad des ersten Planetenradsatzes steht mit dem kleineren Wirkdurchmesser der Planetenräder im Eingriff, wobei das zweite Hohlrad des ersten Planetenradsatzes über ein siebentes Schaltelement drehfest festsetzbar ist, indem das zweite Hohlrad des ersten Planetenradsatzes über das siebente Schaltelement mit dem Gehäuse oder mit einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes schaltbar verbunden ist. Durch diese zusätzliche schaltbare Welle erhält das Getriebe einen zusätzlichen Vorwärtsgang, welcher sich durch eine besonders kurze Übersetzung auszeichnet. Dadurch kann auf einfache Weise ein Kriechgang dargestellt werden.
Im ersten bis fünften Vorwärtsgang, und gegebenenfalls auch im sechsten Vorwärtsgang ist das siebente Schaltelement geöffnet. In einem siebenten Vorwärtsgang sind das siebente Schaltelement, das dritte Schaltelement und gegebenenfalls das Zusatzschaltelement geschlossen. Der siebente Vorwärtsgang bildet dabei den oben erwähnten Kriechgang aus.
Vorzugsweise weist das Getriebe eine zweite elektrische Maschine mit einem drehfesten Stator und einem drehbaren Rotor auf, wobei der Rotor der zweiten elektrischen Maschine ständig mit der Eingangswelle verbunden ist. Durch die zweite elektrische Maschine wird die Funktionalität des Getriebes weiter verbessert. Beispielsweise kann das Getriebe mittels der ersten elektrischen Maschine ein Fahrzeug antreiben, während die zweite elektrische Maschine die mit der Eingangswelle verbundene Verbrennungskraftmaschine startet ohne auf den Abtrieb rückzuwirken. Dies verbessert den Komfort des Kraftfahrzeugs.
Das Getriebe weist vorzugsweise einen ersten elektrodynamischen Betriebsmodus auf, in dem lediglich das zweite Schaltelement und gegebenenfalls das Zusatzschaltelement geschlossen sind, und alle weiteren Schaltelemente geöffnet sind. Durch Variation der Drehmomente, welche am Rotor der ersten elektrischen Maschine und an der Eingangswelle wirken, kann somit das an der Abtriebswelle anliegende Drehmoment stufenlos verändert werden. Dies erweitert die Funktionalität des Getriebes.
Das Getriebe weist vorzugsweise einen zweiten elektrodynamischen Betriebsmodus auf, in dem lediglich das erste Schaltelement und gegebenenfalls das Zusatzschaltelement geschlossen sind, und alle weiteren Schaltelemente geöffnet sind. Durch Variation der Drehmomente, welche am Rotor der ersten elektrischen Maschine und an der Eingangswelle wirken, kann somit das an der Abtriebswelle anliegende Drehmoment stufenlos verändert werden. Dies erweitert die Funktionalität des Getriebes.
Durch die unterschiedliche Anbindung eignet sich der zweite elektrodynamische Betriebsmodus für lange Übersetzungen zwischen der Eingangswelle und der Abtriebswelle, während der erste elektrodynamische Betriebsmodus besonders für kurze Übersetzungen zwischen der Eingangswelle und der Abtriebswelle geeignet ist. Bei Anwendung des Getriebes im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ist der erste elektrodynamische Betriebsmodus somit beispielsweise für geringe Fahrzeuggeschwindigkeiten und für das Anfahren des Kraftfahrzeugs geeignet, während der zweite elektrodynamische Betriebsmodus für höhere Fahrzeuggeschwindigkeiten geeignet ist.
Das Getriebe weist vorzugsweise einen ersten elektrischen Betriebsmodus auf, in dem das vierte Schaltelement und gegebenenfalls das Zusatzschaltelement geschlossen und alle weiteren Schaltelemente geöffnet sind. In diesem ersten elektrischen Betriebsmodus weist das Getriebe einen besonders hohen Wirkungsgrad auf, da sich lediglich der erste Planetenradsatz im Leistungsfluss befindet. Zudem sind die Eingangswelle und alle damit verbundenen Elemente von der Abtriebswelle entkoppelt, wodurch allfällige Schleppverluste verringert werden.
Das Getriebe kann auch einen zweiten elektrischen Betriebsmodus aufweisen, in dem das sechste Schaltelement und gegebenenfalls das Zusatzschaltelement geschlossen sind, und alle weiteren Schaltelemente geöffnet sind. Dadurch wird die Funktionalität des Getriebes weiter verbessert.
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung kann das Getriebe durch gleichzeitiges Schließen des sechsten und vierten Schaltelements blockiert werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das sechste und das vierte Schaltelement als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet sind. Auf diese Weise kann eine separate Parksperre entfallen. Sind das sechste und vierte Schaltelement durch einen gemeinsamen Betätigungsmechanismus betätigt, so muss dieser Betätigungsmechanismus derart ausgebildet sein, dass dieser Schaltzustand ermöglicht wird. Vorzugsweise sind sämtliche Schaltelemente mittels eines geschlossenen Hydrauliksystems betätigbar. Das geschlossene Hydrauliksystem weist dazu einen Druckspeicher auf, der als primäre Druckversorgung dient. Unterschreit der Druck im Druckspeicher einen Grenzwert, so wird der Druck im Druckspeicher durch eine vorzugsweise elektrisch angetriebene Pumpe angehoben. Dies reduziert den Leistungsbedarf des Hydrauliksystems, und verbessert so den Wirkungsgrad des Getriebes. Alternativ dazu kann die Betätigung der Schaltelemente auch mittels eines herkömmlichen offenen Hydrauliksystems erfolgen, bei dem die Pumpe ständig Hydraulikfluid fördert. Gemäß einer weiteren Alternative kann die Betätigung der Schaltelemente auch mittels eines elektromechanischen Betätigungssystems erfolgen. Dies verbessert den Wirkungsgrad des Getriebes sowie dessen Bauaufwand nochmals erheblich.
Das Getriebe kann Bestandteil eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sein. Der Hybridantriebsstrang weist neben dem Getriebe auch eine Verbrennungskraftmaschine auf, welche über einen Torsionsschwingungsdämpfer mit der Eingangswelle des Getriebes drehelastisch verbunden ist. Die Abtriebswelle des Getriebes ist mit einem Achsgetriebe antriebswirkverbunden, welches das Drehmoment auf Räder des Kraftfahrzeugs verteilt. Der Antriebsstrang ermöglicht mehrere Antriebsmodi des Kraftfahrzeugs. Im elektrischen Betriebsmodus wird das Kraftfahrzeug allein von der ersten elektrischen Maschine des Getriebes angetrieben. In einem rein verbrennungsmotorischen Betrieb wird das Kraftfahrzeug allein von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben. Im ersten und zweiten elektrodynamischen Betriebsmodus wird das Kraftfahrzeug durch Zusammenwirken der Verbrennungskraftmaschine und der ersten elektrischen Maschine des Getriebes angetrieben.
Die Verbrennungskraftmaschine kann sowohl durch die erste als auch durch die zweite elektrische Maschine angelassen werden. Zum Anlassen mittels der ersten elektrischen Maschine während der Fahrt des Kraftfahrzeugs im ersten elektrischen Betriebsmodus ist es vorteilhaft, wenn das erste Schaltelement als kraftschlüssiges Schaltelement mit variabler Drehmomentübertragungsrate ausgebildet ist. Durch Schlupf betrieb des ersten Schaltelements wird dabei Drehmoment vom Abtrieb und von der ersten elektrischen Maschine auf die mit der Eingangswelle verbundene Verbrennungskraftmaschine übertragen, um diese auf eine Startdrehzahl zu bringen und anzulassen. Dabei muss das Zusatzschaltelement, sofern vorhanden, geschlossen sein. Um zu vermeiden, dass die beim Anlassvorgang ungleichförmige Drehmomentabgabe der Verbrennungskraftmaschine auf den Abtrieb wirkt, wird das erste Schaltelement vorzugsweise vollständig geöffnet, nachdem die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine die Startdrehzahl erreicht hat. Hat die Verbrennungskraftmaschine einen stabilen Betrieb erreicht, so kann das erste Schaltelement nach Einstellen einer Synchrondrehzahl zwischen Eingangswelle und Kurbelwelle geschlossen werden. Somit ist ein Anlassvorgang ausgehend vom ersten elektrischen Betriebsmodus möglich, der direkt in den dritten Vorwärtsgang führt. Alternativ dazu kann die Kopplung zwischen erster elektrischer Maschine und Eingangswelle zum Anlassen der Verbrennungskraftmaschine durch das dritte Schaltelement oder das zweite Schaltelement anstatt dem ersten Schaltelement erfolgen. Das zur Koppelung vorgesehene Schaltelement muss dabei jedenfalls als kraftschlüssiges Schaltelement mit variabler Drehmomentübertragungsrate ausgeführt sein. Somit ist auch ein Anlassvorgang ausgehend vom ersten elektrischen Betriebsmodus möglich, der direkt in den ersten oder zweiten Vorwärtsgang führt. Alternativ dazu kann die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine auch durch die zweite elektrische Maschine auf Startdrehzahl gebracht, und anschließend angelassen werden. Nach Einstellen der Synchrondrehzahl zwischen Eingangswelle und Kurbelwelle kann das erste, zweite oder dritte Schaltelement geschlossen werden. Dazu kann das erste, zweite oder dritte Schaltelement auch als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein, da keine Schlupfentkopplung zum Abtrieb hin erforderlich ist.
Der Antriebsstrang mit dem erfindungsgemäßen Getriebe erlaubt auch ein Laden eines Energiespeichers im Fahrzeugstillstand. Dazu sind sämtliche Schaltelemente bis auf das dritte Schaltelement geöffnet. Somit kann die mit der Eingangswelle verbundene Verbrennungskraftmaschine die erste elektrische Maschine antreiben, welche in einem generatorischen Betriebspunkt betrieben wird und somit einen Ladestrom erzeugt, der zum Laden des Energiespeichers benutzt werden kann. Soll das Kraftfahrzeug unmittelbar aus dem oben beschriebenen Ladebetrieb anfahren, so wird das dritte Schaltelement geöffnet und die Rotordrehzahl der ersten elektrischen Maschine auf Null reduziert. Dadurch stehen sämtliche Elemente der beiden Planetenradsätze still. Anschließend wird das vierte Schaltelement, welches vorzugsweise als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist, und gegebenenfalls das Zusatzschaltelement geschlossen. Ist das dritte Schaltelement als kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet, kann durch Schlupfbetrieb des dritten Schaltelements dessen Drehmomentübertragungsrate stufenlos erhöht werden, bis es schließlich vollständig geschlossen ist. Somit ist auch ein Anfahrvorgang ausgehend vom Standladebetrieb möglich, der direkt in den ersten Vorwärtsgang führt.
Alternativ dazu kann ausgehend vom Standladebetrieb auch direkt in den ersten elektrodynamischen Betriebsmodus gewechselt werden. Dazu wird das dritte Schaltelement geöffnet und gegebenenfalls das Zusatzschaltelement geschlossen. Anschließend wird die Rotordrehzahl der ersten elektrischen Maschine erhöht, bis Synchrondrehzahl zwischen der Eingangswelle und dem zweiten Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes besteht. Nach Erreichen dieser Synchrondrehzahl wird das zweite Schaltelement geschlossen, wodurch sich das Getriebe im ersten elektrodynamischen Betriebsmodus befindet. Durch geeignete Variation der Drehmomente der mit der Eingangswelle verbundenen Verbrennungskraftmaschine und der ersten elektrischen Maschine kann das an der Abtriebswelle anliegende Drehmoment stufenlos variiert werden, wodurch das Fahrzeug anfahren kann. Dazu muss die erste elektrische Maschine in einem generatorischen Betriebspunkt betrieben werden, wodurch ein solcher Anfahrvorgang auch bei leerem Energiespeicher durchgeführt werden kann. Soll ausgehend vom ersten elektrodynamischen Betriebsmodus in den zweiten Vorwärtsgang gewechselt werden, so wird die Rotordrehzahl der ersten elektrischen Maschine derart eingestellt, dass das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes stillsteht. Anschließend kann das vierte Schaltelement geschlossen werden, wodurch sich das Getriebe im zweiten Vorwärtsgang befindet.
Durch Schaltelemente wird, je nach Betätigungszustand, eine Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen zugelassen oder eine Verbindung zur Übertragung eines Drehmoments zwischen den zwei Bauteilen hergestellt. Unter einer Relativbewegung ist beispielsweise eine Rotation zweier Bauteile zu verstehen, wobei die Drehzahl des ersten Bauteils und die Drehzahl des zweiten Bauteils voneinander abweichen. Darüber hinaus ist auch die Rotation nur eines der beiden Bauteile denkbar, während das andere Bauteil stillsteht oder in entgegengesetzter Richtung rotiert.
Zwei Elemente werden als verbindbar bezeichnet, wenn zwischen diesen Elementen eine durch ein Schaltelement lösbare drehfeste Verbindung besteht. Wenn die Verbindung besteht, so drehen solche Elemente mit der gleichen Drehzahl.
Die Standgetriebeübersetzung definiert das Drehzahlverhältnis zwischen Sonnenrad und Hohlrad eines Planetenradsatzes bei drehfestem Steg. Da sich bei einem Minus- Radsatz die Drehrichtung zwischen Sonnenrad und Hohlrad bei drehfestem Steg umkehrt, nimmt die Standgetriebeübersetzung bei einem Minus-Radsatz stets einen negativen Wert an.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung des Getriebes entsprechend dem ersten
Ausführungsbeispiel.
Fig. 3 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 4 zeigt eine Schnittdarstellung des Getriebes entsprechend dem zweiten
Ausführungsbeispiel.
Fig. 5 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Fig. 6 zeigt eine Schnittdarstellung des Getriebes entsprechend dem dritten
Ausführungsbeispiel.
Fig. 7 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 8 zeigt eine Schnittdarstellung des Getriebes entsprechend dem vierten
Ausführungsbeispiel.
Fig. 9 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 10 zeigt eine Schnittdarstellung des Getriebes entsprechend dem fünften
Ausführungsbeispiel.
Fig. 1 1 zeigt eine Schnittdarstellung des Getriebes entsprechend dem fünften
Ausführungsbeispiel mit geänderter Schaltelementanordnung.
Fig. 12 zeigt eine Schnittdarstellung des Getriebes entsprechend dem fünften
Ausführungsbeispiel mit geänderter Schaltelementanordnung.
Fig. 13 zeigt Detailansichten der Schaltelementanordnung.
Fig. 14 zeigt eine Schnittdarstellung des Getriebes entsprechend dem fünften
Ausführungsbeispiel mit fünftem Schaltelement als Klauenschaltelement.
Fig. 15 zeigt eine Schnittdarstellung des Getriebes entsprechend dem fünften
Ausführungsbeispiel mit fünftem Schaltelement als Lamellenbremse.
Fig. 16 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Fig. 17 zeigt eine Schnittdarstellung des Getriebes entsprechend dem sechsten Ausführungsbeispiel.
Fig. 18 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines siebenten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 19a zeigt ein Schaltschema für die Getriebe des ersten Ausführungsbeispiels, welches das fünfte Schaltelement nicht umfasst.
Fig. 19b zeigt ein Schaltschema für die Getriebe des ersten Ausführungsbeispiels, welches das fünfte Schaltelement umfasst.
Fig. 19c zeigt ein Schaltschema für die Getriebe der zweiten bis dritten Ausführungsbeispiele, welches das sechste Schaltelement umfasst.
Fig. 19d zeigt ein Schaltschema für ein Getriebe des siebenten Ausführungsbeispiels, welches das siebente Schaltelement umfasst.
Fig. 20a zeigt ein Schaltschema für die Getriebe des vierten Ausführungsbeispiels, welches das fünfte Schaltelement nicht umfasst
Fig. 20b zeigt ein Schaltschema für die Getriebe des vierten Ausführungsbeispiels, welches das fünfte Schaltelement umfasst.
Fig. 20c zeigt ein Schaltschema für die Getriebe der fünften bis sechsten Ausführungsbeispiele, welches das sechste Schaltelement umfasst.
Fig. 20d zeigt ein Schaltschema für ein Getriebe des siebenten Ausführungsbeispiels, welches das siebente Schaltelement umfasst.
Fig. 21 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines achten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Fig. 22 zeigt eine Schnittdarstellung des Getriebes entsprechend dem achten Ausführungsbeispiel.
Fig. 23 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines neunten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 24 zeigt eine Schnittdarstellung des Getriebes entsprechend dem neunten
Ausführungsbeispiel mit formschlüssigem fünftem Schaltelement.
Fig. 25 zeigt Detailansichten der Anordnung des Zusatzschaltelements und des fünften Schaltelements des neunten Ausführungsbeispiels.
Fig. 26a zeigt ein Schaltschema für die Getriebe des achten Ausführungsbeispiels.
Fig. 26b zeigt ein Schaltschema für die Getriebe des neunten Ausführungsbeispiels.
Fig. 27a zeigt ein alternatives Schaltschema für die Getriebe des achten Ausführungsbeispiels.
Fig. 27b zeigt ein alternatives Schaltschema für die Getriebe des neunten Ausführungsbeispiels.
Fig. 28 zeigt einen Antriebstrang für ein Kraftfahrzeug.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Das Getriebe G weist eine Eingangswelle GW1 , eine Abtriebswelle GW2, einen ersten Planetenradsatz P1 und einen zweiten Planetenradsatz P2 auf. Erster und zweiter Planetenradsatz P1 , P2 sind als Minus-Radsätze ausgebildet. Der erste Planetenradsatz P1 ist als Stufenplanetenradsatz aufgebaut, dessen Planetenräder PL1 zwei unterschiedlich große Wirkdurchmesser aufweisen. Ein erstes Sonnenrad E1 1 1 des ersten Planetenradsatzes P1 steht mit dem größe- ren Wirkdurchmesser der Planetenräder PL1 in Eingriff. Ein zweites Sonnenrad E1 12 des ersten Planetenradsatzes P1 steht mit dem kleineren Wirkdurchmesser der Planetenräder PL1 in Eingriff. Das zweite Sonnenrad E1 12 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit einem Sonnenrad E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 ständig verbunden. Ein Steg E21 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit einem Hohlrad E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 ständig verbunden. Erster und zweiter Planetenradsatz P1 , P2 bilden somit einen sogenannten Simpson-Radsatz aus.
In der Ausgestaltung des Getriebes G gemäß Fig. 1 bestehen zwei Möglichkeiten zur Anordnung der Abtriebswelle GW2. Eine erste Möglichkeit zur Bildung der Abtriebswelle GW2 wird durch eine nicht dargestellte Verzahnung gebildet, welche an einem Abschnitt jener Koppelwelle ausgebildet ist welche den Steg E21 des ersten Planetenradsatzes P1 mit dem Hohlrad E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbindet. Eine zweite Möglichkeit, welche in Fig .1 als Abtriebswelle GW2' bezeichnet ist, besteht durch eine koaxiale Anordnung der Abtriebswelle GW2' zur Eingangswelle GW1 an gegenüberliegenden axialen Enden des Getriebes G.
Über ein erstes Schaltelement 18 ist die Eingangswelle GW1 mit dem Steg E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbindbar. Über ein zweites Schaltelement 14 ist die Eingangswelle GW1 mit dem zweiten Sonnenrad E1 12 des ersten Planetenradsatzes P1 verbindbar. Über ein drittes Schaltelement 13 ist die Eingangswelle GW1 mit dem ersten Sonnenrad E1 1 1 des ersten Planetenradsatzes P1 verbindbar. Über ein viertes Schaltelement 06 ist ein Hohlrad E31 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest festsetzbar, indem es über das vierte Schaltelement 06 mit einem Gehäuse GG des Getriebes G schaltbar verbunden ist. Optional ist ein fünftes Schaltelement 03 vorgesehen, durch welches das erste Sonnenrad E1 1 1 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest festsetzbar ist, indem es über das fünfte Schaltelement 03 mit dem Gehäuse GG schaltbar verbunden ist.
Erstes, zweites und viertes Schaltelement 18, 14, 06 sind als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet, insbesondere als Klauen-Schaltelemente. Das dritte Schaltelement 13 ist als kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet, insbesondere als Lamellen-Kupplung. Das fünfte Schaltelement 03 ist, sofern vorhanden, ebenso als kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet, insbesondere als Lamellenbremse oder Bandbremse. Alternativ dazu kann das fünfte Schaltelement 03 auch als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein.
Das Getriebe G umfasst ferner eine erste elektrische Maschine EM1 , welche einen drehbar gelagerten Rotor R1 und einen drehfest festgesetzten Stator S1 aufweist. Der Rotor R1 ist mit dem ersten Sonnenrad E1 1 1 des ersten Planetenradsatzes P1 ständig drehfest verbunden.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht des Getriebes G entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel, ohne das fünfte Schaltelement 03, wobei die Variante mit koaxialer Eingangswelle GW1 und Abtriebswelle GW2' an gegenüberliegenden axialen Enden des Getriebes G dargestellt ist. Das Getriebe G ist daher für den Einsatz in einem Front-Längs-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs geeignet. Es ist nur eine Hälfte der Schnittansicht dargestellt. In Fig. 2 ist gut zu erkennen, dass das dritte Schaltelement 13 als kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist, welches durch Federeinrichtungen im geöffneten Zustand gehalten wird, und durch Verschiebung eines Betätigungskolbens hydraulisch in den geschlossenen Zustand überführbar ist. Erstes und zweites Schaltelement 18, 14 sind als Klauen-Schaltelement ausgebildet, und werden durch axiale Verschiebung eines Mitnehmers betätigt, welcher durch die als Hohlwelle ausgeführte Eingangswelle GW1 hindurchgreift. Erstes und zweites Schaltelement 18, 14 sind dabei platzsparend radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes P2 angeordnet. Das vierte Schaltelement 06 ist ebenso als Klauen- Schaltelement ausgebildet, und ist radial zwischen dem zweiten Planetenradsatzes P2 und dem Gehäuse GG angeordnet.
Fig. 3 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zu dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel weist das Getriebe G gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ein sechstes Schaltelement 08 auf, welches dazu eingerichtet ist den Steg E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest festzusetzen, indem es den Steg E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 mit dem Gehäuse GG schaltbar verbindet. Das sechste Schaltelement 08 ist als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet, insbesondere als Klauen-Schaltelement. Das sechste Schaltelement 08 ermöglicht die Ausbildung eines Rückwärtsgangs GR zwischen der Eingangswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2.
Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht des Getriebes G entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Abtriebswelle GW2 ist in Form einer Verzahnung angeordnet, die mit dem Hohlrad E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 über eine Verbindungswelle ständig drehfest verbunden ist. Das Getriebe G ist daher für den Einsatz in einem Front-Quer-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs geeignet. Das sechste Schaltelement 08 ist zusammen mit dem vierten Schaltelement 06 radial nahe der Eingangswelle GW1 angeordnet, die sich axial durch das gesamte Getriebe G erstreckt. Daher weisen sämtliche Klauen-Schaltelemente 18, 14, 06, 08 einen geringen Wirkdurchmesser auf. Dies reduzierte die Herstellungskosten und verbessert die Funktionalität der Schaltelemente, da sie durch den geringen Wirkdurchmesser weitgehend unempfindlich auf axiale Fehlstellungen sind. Die hydraulische Betätigungseinrichtung für die Schaltelemente 18, 14, 06, 08 ist an dem der Eingangsseite des Getriebes G gegenüberliegendem axialen Ende des Getriebes G angeordnet. Erstes und zweites Schaltelement 18, 14 werden durch axiale Verschiebung eines Mitnehmers betätigt, welcher durch die als Hohlwelle ausgeführte Eingangswelle GW1 hindurchgreift.
Fig. 5 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zu dem in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel weist das Getriebe G gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ein zweites Hohlrad E322 auf, welches dem zweiten Planetenradsatz P2 zugeordnet ist. Das zweite Hohlrad E322 ist unmittelbar mit der Abtriebswelle GW2 verbunden. Dadurch ist auch bei Ausbildung des Getriebes G mit sechstem Schaltelement 08 eine koaxiale Anordnung von Eingangswelle GW1 und Abtriebswelle GW2 an gegenüberliegenden axialen Enden des Getriebes G möglich. Das Hohlrad E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist dabei über die Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes P2 weiterhin an die Abtriebswelle GW2 angebunden. Die Anbindung des Stegs E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 an das sechste Schaltelement 08 verläuft zwischen den Hohlrädern E32, E322 des zweiten Planetenradsatzes P2 hindurch. Das in Fig. 5 Getriebe dargestellte dritte Ausführungsbeispiel weist ferner eine zweite elektrische Maschine EM2 mit einem drehbaren Rotor R2 und einem drehfesten Stator S2 auf. Der Rotor R2 ist dabei ständig mit der Eingangswelle GW1 des Getriebes G verbunden. Durch die zweite elektrische Maschine EM2 wird die Funktions- Variabilität des Getriebe G weiter vergrößert. Die zweite elektrische Maschine EM2 ist dabei nur optionaler Bestandteil des Getriebes G, und kann in gleicher Weise für sämtliche Ausführungsformen oder Ausführungsbeispiele vorgesehen sein.
Sowohl beim zweiten als auch beim dritten Ausführungsbeispiel kann optional das fünfte Schaltelement 03 vorgesehen sein, und zwar in gleicher Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel.
Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht des Getriebes G entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel, jedoch ohne die zweite elektrische Maschine EM2. Aufgrund der Verbindung zwischen dem zweiten Hohlrad E322 des zweiten Planetenradsatzes P2 und der Abtriebswelle GW2 sind das vierte und sechste Schaltelement 06, 08 im dritten Ausführungsbeispiel radial zwischen dem zweiten Planetenradsatz P2 und dem Gehäuse GG angeordnet.
Fig. 7 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zu dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel sind im Getriebe G gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel das erste und zweite Schaltelement 18, 14 als kraftschlüssige Schaltelemente, insbesondere als Lamellenkupplungen ausgebildet. Das fünfte Schaltelement 03 ist optional.
Fig. 8 zeigt eine Schnittansicht des Getriebes G entsprechend dem vierten Ausführungsbeispiel, ohne das fünfte Schaltelement 03, mit einer koaxialen Anordnung der Eingangswelle GW1 und Abtriebswelle GW2' an axial gegenüberliegenden Enden des Getriebes G. Die Ausbildung des ersten und zweiten Schaltelements 18, 14 als kraftschlüssige Schaltelemente ist deutlich zu erkennen. Das vierte Schaltelement 06 ist radial zwischen dem Hohlrad E31 des ersten Planetenradsatzes P1 und dem Gehäuse GG angeordnet. Fig. 9 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches analog zu dem in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel aufgebaut ist, mit dem Unterschied dass im fünften Ausführungsbeispiel das erste und zweite Schaltelement 14, 18 als kraftschlüssige Schaltelemente ausgebildet sind. Das fünfte Schaltelement 03 ist optional vorgesehen.
Fig. 10 zeigt eine Schnittansicht des Getriebes G entsprechend dem fünften Ausführungsbeispiel, ohne das fünfte Schaltelement 03. Erstes und zweites Schaltelement 18, 14 sind an dem axialen Ende des Getriebes G angeordnet, welches der Eingangsseite des Getriebes G gegenüberliegt. Das erste Schaltelement 18 ist radial außerhalb des zweiten Schaltelements 14 angeordnet, um die axiale Baulänge des Getriebes G zu reduzieren. Das vierte und sechste Schaltelement 06, 08 ist radial zwischen dem ersten Schaltelement 18 und dem Gehäuse GG angeordnet.
Fig. 1 1 zeigt eine Schnittansicht des Getriebes G entsprechend dem fünften Ausführungsbeispiel mit einer alternativen Ausgestaltung des vierten und sechsten Schaltelements 06, 08. Viertes und sechstes Schaltelement 06, 08 sind nun radial zwischen dem kleineren Wirkdurchmesser der Planetenräder PL1 des ersten Planetenradsatzes P1 und dem Gehäuse GG angeordnet. Diese alternative Anordnung der formschlüssigen Schaltelemente ist insbesondere für die Anwendung im Front-Quer- Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges vorteilhaft, da bei dieser Antriebsstrang- Architektur der axiale Bauraum zwischen den Längsträgern des Vorderwagens sehr begrenzt ist. Insbesondere bei dem der Eingangsseite des Getriebes G abgewandten axialen Ende ist auf eine schlanke Bauweise zu achten. Durch die Verlegung der formschlüssigen Schaltelemente 06, 08 hin zum ersten Planetenradsatz P1 kann der Bauraumbedarf an dieser Stelle des Getriebes G reduziert werden. Fig. 12 zeigt eine Schnittansicht des Getriebes G entsprechend dem fünften Ausführungsbeispiel mit einer weiteren alternativen Ausgestaltung des vierten und sechsten Schaltelements 06, 08.
Fig. 13 zeigt beispielhafte Detailansichten des vierten und sechsten Schaltelements 06, 08 in der Ausgestaltung gemäß Fig. 10. Zwei Elemente SM1 , SM2 sind fest mit- einander verbunden, wobei das erste Element SM1 als hydraulischer Kolben dient. Eine Druckbeaufschlagung des Kolbens führt zu einer axialen Verschiebung der Elemente SM1 , SM2. Das zweite Element SM2 weist einen U-förmigen Querschnitt mit zwei sich axial erstreckenden Schenkeln auf, wobei an den Außenseiten der Schenkel sowie an der Innenseite des radial innenliegenden Schenkels Klauenverzahnungen ausgebildet oder fixiert sind. Eine mit dem Hohlrad E31 des ersten Planetenradsatzes P1 verbundene und axial fixierte Verbindungswelle W6 weist an einem Innendurchmesser zwei axial voneinander getrennte Klauenverzahnungen auf. Eine mit dem Steg E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbundene und axial fixierte Verbindungswelle W8 weist an einem Außendurchmesser eine Klauenverzahnung auf. Am Gehäuse GG ist ein Einsatz festgesetzt, welcher an einem Innendurchmesser eine Klauenverzahnung sowie eine axial federbelastete Kugel aufweist, welche zur Rastierung des zweiten Elements SM2 dient. Alternativ zur hydraulischen Betätigung könnte das erste Element SM1 auch als Fortsatz oder Bestandteil einer elekt- romechanischen Betätigung ausgebildet sein.
Fig. 13a zeigt eine axiale Stellung der Elemente SM1 , SM2, in der die am Gehäuseeinsatz ausgebildete Klauenverzahnung mit der an der Außenseite des radial außenliegenden Schenkels des zweiten Elements SM2 ausgebildeten oder fixierten
Klauenverzahnung in Eingriff steht. Die Elemente SM1 , SM2 sind somit drehfest festgesetzt. Zugleich steht eine der Klauenverzahnungen, die an der mit dem Hohlrad E31 des ersten Planetenradsatzes P1 verbundenen Verbindungswelle W6 ausgebildet ist, mit jener Klauenverzahnung in Eingriff, die an der Innenseite des Schenkels des zweiten Elements SM2 ausgebildet oder fixiert ist. In der in Fig. 13a dargestellten axialen Stellung der Elemente SM1 , SM2 ist somit das vierte Schaltelement 06 geschlossen, wodurch das Hohlrad E31 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest festgesetzt ist.
Fig. 13b zeigt eine axiale Stellung der Elemente SM1 , SM2, in der weiterhin die am Gehäuseeinsatz ausgebildete Klauenverzahnung mit der an der Außenseite des radial außenliegenden Schenkels des zweiten Elements SM2 ausgebildeten oder fixierten Klauenverzahnung in Eingriff steht. Die Elemente SM1 , SM2 sind somit drehfest festgesetzt. Die auf der Innenseite des Schenkels des zweiten Elements SM2 aus- gebildete oder fixierte Klauenverzahnung steht nun nicht mehr im Eingriff mit den an der Verbindungswelle W6 ausgebildeten Klauenverzahnungen. Stattdessen steht die an der Außenseite des radial innenliegenden Schenkels des zweiten Elements SM2 ausgebildete oder fixierte Klauenverzahnung mit der Klauenverzahnung in Eingriff, die an der mit dem Steg E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbundenen Verbindungswelle W8 ausgebildet ist. In der in Fig. 13b dargestellten axialen Stellung der Elemente SM1 , SM2 ist somit das sechste Schaltelement 08 geschlossen, wodurch der Steg E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest festgesetzt ist.
Fig. 13c zeigt eine axiale Stellung der Elemente SM1 , SM2, in der weiterhin die am Gehäuseeinsatz ausgebildete Klauenverzahnung mit der an der Außenseite des radial außenliegenden Schenkels des zweiten Elements SM2 ausgebildeten oder fixierten Klauenverzahnung in Eingriff steht. Die Elemente SM1 , SM2 sind somit drehfest festgesetzt. Allerdings sind alle weiteren Klauenverzahnungen außer Eingriff. In der in Fig. 13c dargestellten axialen Stellung der Elemente SM1 , SM2 ist somit keines der Schaltelemente 06, 08 geschlossen.
Fig. 13d zeigt eine axiale Stellung der Elemente SM1 , SM2, in der weiterhin die am Gehäuseeinsatz ausgebildete Klauenverzahnung mit der an der Außenseite des radial außenliegenden Schenkels des zweiten Elements SM2 ausgebildeten oder fixierten Klauenverzahnung in Eingriff steht. In der dargestellten axialen Stellung der Elemente SM1 , SM2 sind über die Klauenverzahnungen sowohl die Verbindungswelle W6 als auch die Verbindungswelle W8 drehfest festgesetzt. Dadurch sind sowohl das Hohlrad E31 des ersten Planetenradsatzes P1 als auch der Steg E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest festgesetzt. Durch die doppelte Koppelung der beiden Planetenradsätze P1 , P2 führt dies zu einem Blockieren des Radsatzes. In dieser Stellung ist das zweite Element SM2 derart weit ausgerückt, dass die federbelastete Kugel ein selbstständiges Zurückfahren des zweiten Elements SM2 verhindert. Dadurch kann auf einfache Weise unter Nutzung bestehender Komponenten eine Parksperre P des Getriebes realisiert werden.
Fig. 14 zeigt eine Schnittansicht des Getriebes G entsprechend dem fünften Ausführungsbeispiel, wobei das dargestellte Getriebe G das fünfte Schaltelement 03 auf- weist, ausgebildet als formschlüssiges Klauenschaltelement. Das fünfte Schaltele- ment 03 ist dabei radial innerhalb der Wälzlagerung der Abtriebswellenverzahnung angeordnet.
Fig. 15 zeigt eine Schnittansicht des Getriebes G entsprechend dem fünften Ausführungsbeispiel, wobei das dargestellte Getriebe G das fünfte Schaltelement 03 aufweist, ausgebildet als hydraulisch betätigte Lamellenbremse. Das fünfte Schaltelement 03 ist dabei radial innerhalb des Rotors R1 der ersten elektrischen Maschine EM1 angeordnet, nahe der Abtriebswellenverzahnung. Durch die Ausbildung des fünften Schaltelements 03 als kraftschlüssiges Schaltelement sind auch dann zug- kraftunterbrechungsfreie Schaltvorgänge in jene Vorwärtsgänge möglich, in denen das fünfte Schaltelement 03 zu schließen ist, wenn die erste elektrische Maschine EM1 beispielsweise aufgrund eines Umrichterdefekts nicht zur Verfügung steht.
Fig. 16 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches analog zu dem in Fig. 5 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel aufgebaut ist, mit dem Unterschied dass im sechsten Ausführungsbeispiel das erste und zweite Schaltelement 14, 18 als kraftschlüssige Schaltelemente ausgebildet sind. Das fünfte Schaltelement 03 ist optional vorgesehen.
Fig. 17 zeigt eine Schnittansicht des Getriebes G entsprechend dem sechsten Ausführungsbeispiel, ohne das fünfte Schaltelement 03. Die als formschlüssige Schaltelemente ausgebildeten vierten und sechsten Schaltelemente 06, 08 sind radial zwischen den beiden Planetenradsätzen P1 , P2 und dem Gehäuse GG angeordnet. In der in Fig. 17 dargestellten Ausgestaltung ist besonders gut zu erkennen, dass das Getriebe G in Front-Längs-Bauweise einen besonders schlanken Aufbau aufweist. Durch den geringen Bauraumbedarf des Getriebes G kann der Mitteltunnel des Fahrzeugs klein gehalten werden, wodurch das Platzangebot im Inneren des Kraftfahrzeugs verbessert wird.
Fig. 18 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines siebenten Ausführungsbeispiels der Erfindung. In diesem siebenten Ausführungsbeispiel weist der erste Planetenradsatz P1 ein zweites Hohlrad E312 auf, welches mit dem kleineren Wirkdurchmesser der Planetenräder PL1 im Eingriff steht. Das zweite Hohlrad E312 ist über ein siebentes Schaltelement 07 drehfest festsetzbar, indem es über das siebente Schaltelement 07 mit dem Gehäuse GG schaltbar verbunden ist. Dieses zusätzliche Hohlrad E312 und das siebente Schaltelement 07 kann zu jedem gegenständlichen Getriebe G optional hinzugefügt werden. Das siebente Schaltelement 07 kann als kraftschlüssiges Schaltelement oder als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein.
In Fig. 19a-19d und Fig. 20a-20d sind Schaltschemata für die Getriebe G der ersten bis siebenten Ausführungsbeispiele dargestellt. Darin ist eine Spalte vorgesehen, in der die Funktion der ersten elektrischen Maschine EM1 dargestellt ist. Dabei ist durch ein ,+' dargestellt, wenn die erste elektrische Maschine EM1 in einem motorischen Betriebspunkt betrieben wird. Durch ein ,-' wird ein Betrieb der ersten elektrischen Maschine EM1 in einem generatorischen Betriebspunkt dargestellt. Durch ein ,χ' wird ein Abstützbetrieb der ersten elektrischen Maschine EM1 dargestellt, bei dem der Rotor R1 keine oder nur eine geringe Drehzahl annehmen soll. Durch ein ,+/-' ist ein Betrieb der ersten elektrischen Maschine EM1 dargestellt, bei dem je nach Anforderung ein generatorischer oder ein motorischer Betriebspunkt gewählt wird. Durch ein ,ο' ist ein optionaler Betrieb der ersten elektrischen Maschine EM1 dargestellt, wobei sowohl motorische als auch generatorische Betriebspunkte möglich sind. Enthält die Spalte zur Funktion der ersten elektrischen Maschine EM1 keinen Eintrag, so ist die erste elektrische Maschine EM1 inaktiv.
Fig. 19a zeigt ein Schaltschema für ein Getriebe G gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, ohne das fünfte Schaltelement 03. In den Zeilen des Schaltschemas sind fünf Vorwärtsgänge G1 bis G5, zwei elektrodynamische Betriebsmodi EDA1 , EDA2 und ein erster elektrischer Betriebsmodus E1 angeführt. In den Spalten des Schaltschemas ist durch ein ,χ' dargestellt, welche der Schaltelemente 06, 13, 14, 18 in welchem Vorwärtsgang G1 bis G5, bzw. Betriebsmodus EDA1 , EDA2, E1 geschlossen sind. Im ersten bis vierten Vorwärtsgang G1 -G4 ist dabei ein optionaler Betrieb der ersten elektrischen Maschine EM1 möglich. Bei Verwendung des Getriebes G im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges kann die erste elektrische Maschine EM1 somit im ersten bis vierten Vorwärtsgang G1 -G4 sowohl Leistung abgeben als auch auf- nehmen, also auch rekuperieren. Die erste elektrische Maschine EM1 ist auch in der Lage sämtliche Schaltvorgänge zwischen erstem und fünftem Vorwärtsgang G1 -G5 zu unterstützen, indem sie das zu öffnende formschlüssige Schaltelement vor dem Öffnen lastfrei stellt. Anschließend kann die erste elektrische Maschine EM1 unter Aufrechterhaltung der Last die Zieldrehzahl einstellen, die zum Schließen des zu schließenden formschlüssigen Schaltelements erforderlich ist.
Der erste Vorwärtsgang G1 ergibt sich durch Schließen des vierten Schaltelements 06 und des dritten Schaltelements 13. Der zweite Vorwärtsgang G2 ergibt sich durch Schließen des vierten Schaltelements 06 und durch Schließen des zweiten Schaltelements 14. Der dritte Vorwärtsgang G3 ergibt sich durch Schließen des vierten Schaltelements 06 und des ersten Schaltelements 18. Der vierte Vorwärtsgang G4 ergibt sich durch Schließen des ersten Schaltelements 18 und wahlweise durch Schließen des dritten Schaltelements 13 oder durch Schließen des zweiten Schaltelements 14. Der fünfte Vorwärtsgang G5 ergibt sich durch Schließen des ersten Schaltelements 18 und durch Abstützung des ersten Sonnenrads E1 1 1 des ersten Planetenradsatzes P1 durch die erste elektrische Maschine EM1 . Die dafür erforderliche Stützlast ist verhältnismäßig gering, sodass der dafür erforderliche Energiebedarf ebenso gering ist. Vorzugsweise wird die elektrische Maschine EM1 dabei so geregelt, dass der Rotor R1 eine geringe Drehzahl aufweist. Dies verändert die Übersetzung zwischen Eingangswelle GW1 und Abtriebswelle GW2 nur geringfügig, erleichtert aber die Regelung der ersten elektrischen Maschine EM1 .
In einem ersten elektrodynamischen Betriebsmodus EDA1 ist das zweite Schaltelement 14 geschlossen und alle weiteren Schaltelemente sind geöffnet. Dadurch ist das an der Abtriebswelle GW2 anliegende Drehmoment durch Variation des an der Eingangswelle GW1 anliegenden Drehmoments und des am Rotor R1 der ersten elektrischen Maschine EM1 anliegenden Drehmoments stufenlos veränderbar. In einem zweiten elektrodynamischen Betriebsmodus EDA2 ist das erste Schaltelement 18 geschlossen, und alle weiteren Schaltelemente sind geöffnet. Dadurch ist das an der Abtriebswelle GW2 anliegende Drehmoment durch Variation des an der Eingangswelle GW1 anliegenden Drehmoments und des am Rotor R1 der ersten elektrischen Maschine EM1 anliegenden Drehmoments stufenlos veränderbar. Im ersten elektrodynamischen Betriebsmodus EDA1 wird die erste elektrische Maschine EM1 generatorisch betrieben. Im zweiten elektrodynamischen Betriebsmodus EDA2 wird die erste elektrische Maschine EM1 motorisch betrieben. Im ersten elektrischen Betriebsmodus E1 ist das vierte Schaltelement 06 geschlossen, und alle weiteren Schaltelemente sind geöffnet. Dadurch ist das an der Abtriebswelle GW2 anliegende Drehmoment durch Variation des am Rotor R1 der ersten elektrischen Maschine EM1 anliegenden Drehmoments stufenlos veränderbar. Die Eingangswelle GW1 und alle damit verbundenen Elemente sind im ersten elektrischen Betriebsmodus E1 vom Abtrieb abgekoppelt.
Fig. 19b zeigt ein Schaltschema für ein Getriebe G gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, welches das fünfte Schaltelement 03 umfasst. Der fünfte Vorwärtsgang G5 wird dabei durch Schließen des fünften Schaltelements 03 und des ersten Schaltelements 18 gebildet. Die erste elektrische Maschine EM1 ist dabei drehfest festgesetzt, und somit inaktiv.
Fig. 19c zeigt ein Schaltschema für ein Getriebe G gemäß dem zweiten oder dritten Ausführungsbeispiel, welches das sechste Schaltelement 08 umfasst. Das fünfte Schaltelement 03 ist im dargestellten Schaltschema nicht enthalten, könnte aber auf die gleiche Weise integriert werden wie in Fig. 19b dargestellt. Im Unterscheid zu den Schaltschemata des ersten Ausführungsbeispiels weist das Getriebe G nun zumindest einen mechanischen ersten Rückwärtsgang GR auf, welcher durch Schließen des dritten Schaltelements 13 und des sechsten Schaltelements 08 gebildet wird. Ein zweiter Rückwärtsgang GR2 wird durch Schließen des sechsten Schaltelements 08 und des zweiten Schaltelements 14 gebildet. In beiden Rückwärtsgängen GR, GR2 kann die erste elektrische Maschine EM1 sowohl Leistung abgeben als auch aufnehmen. In allen Vorwärtsgängen G1 -G5 sowie in den elektrodynamischen Betriebsmodi EDA1 , EDA2 sowie im ersten elektrischen Betriebsmodus E1 ist das sechste Schaltelement 08 geöffnet. Durch Einführung des sechsten Schaltelements 08 ist ein zweiter elektrischer Betriebsmodus E2 möglich, in dem lediglich das sechste Schaltelement 08 geschlossen ist und alle weiteren Schaltelemente geöffnet sind. Dadurch ist das an der Abtriebswelle GW2 anliegende Drehmoment durch Variation des am Rotor R1 der ersten elektrischen Maschine EM1 anliegenden Drehmoments stufenlos veränderbar. Sind sowohl das vierte Schaltelement 06 als auch das sechste Schaltelement 08 geschlossen, so ist der Radsatz des Getriebes G blockiert, wodurch eine Parksperre P gebildet wird.
Fig. 19d zeigt ein Schaltschema für ein Getriebe G gemäß dem siebenten Ausführungsbeispiel, welches das siebente Schaltelement 07 umfasst. Dabei sind das erste, zweite, vierte, sechste und siebente Schaltelement 18, 14, 06, 08, 07 als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Das fünfte Schaltelement 03 ist im dargestellten Schaltschema nicht enthalten, könnte aber auf die gleiche Weise integriert werden wie in Fig. 19b dargestellt. Durch Schließen des siebenten Schaltelements 07 und des dritten Schaltelements 13 wird ein siebenter Vorwärtsgang G7 gebildet, welcher eine besonders kurze Übersetzung aufweist. Der siebente Vorwärtsgang G7 ist in der Übersetzungsreihe des Getriebes G somit noch vor dem ersten Vorwärtsgang G1 einzuordnen. Der siebente Vorwärtsgang G7 bildet somit einen Kriechgang, und dient beispielsweise zur Erhöhung der Steigungsfähigkeit des Kraftfahrzeugs, welches mit dem Getriebe G gemäß dem siebenten Ausführungsbeispiel ausgestattet ist.
Fig. 20a zeigt ein Schaltschema für das Getriebe G gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel, welches das fünfte Schaltelement 03 nicht umfasst. Durch die Ausbildung des ersten und zweiten Schaltelements 18, 14 als kraftschlüssige Schaltelemente ist ein zusätzlicher Vorwärtsgang, konkret ein sechster Vorwärtsgang G6 schaltbar. Der sechste Vorwärtsgang G6 wird durch Schließen des zweiten Schaltelements 14 und durch Abstützung des ersten Sonnenrads E1 1 1 des ersten Planetenradsatzes P1 durch die erste elektrische Maschine EM1 gebildet. Die dafür erforderliche Stützlast ist verhältnismäßig gering, sodass der dafür erforderliche Energiebedarf ebenso gering ist. Vorzugsweise wird die elektrische Maschine EM1 dabei so geregelt, dass der Rotor R1 eine geringe Drehzahl aufweist. Dies verändert die Übersetzung zwischen Eingangswelle GW1 und Abtriebswelle GW2 nur geringfügig, erleichtert aber die Regelung der ersten elektrischen Maschine EM1 .
Fig. 20b zeigt ein Schaltschema für das Getriebe G gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel, welches das fünfte Schaltelement 03 umfasst. Der sechste Vorwärts- gang G6 wird dabei durch Schließen des fünften Schaltelements 03 und des zweiten Schaltelements 14 gebildet. Die erste elektrische Maschine EM1 ist dabei drehfest festgesetzt, und somit inaktiv.
Fig. 20c zeigt ein Schaltschema für die Getriebe G gemäß dem fünften und sechsten Ausführungsbeispiel, ohne das fünfte Schaltelement 03. Das dargestellte Schaltschema ist bis auf den sechsten Vorwärtsgang G6 ident zu dem in Fig. 19c dargestellten Schaltschema.
Fig. 20d zeigt ein Schaltschema für ein Getriebe G gemäß dem siebenten Ausführungsbeispiel, welches das siebente Schaltelement 07 umfasst. Dabei sind das erste und zweite Schaltelement 18, 14 als kraftschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Das dargestellte Schaltschema ist bis auf den sechsten Vorwärtsgang G6 ident zu dem in Fig. 19d dargestellten Schaltschema.
Fig. 21 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines achten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zu dem in Fig. 7 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel weist das Getriebe G gemäß dem achten Ausführungsbeispiel ein Zusatzschaltelement K auf, welches im Kraftfluss zwischen dem dritten Schaltelement 13 und dem ersten Sonnenrad E1 1 1 des ersten Planetenradsatzes P1 angeordnet ist. Demnach wird durch Schließen des dritten Schaltelements 13 eine drehfeste Verbindung zwischen der Eingangswelle GW1 und dem Rotor R1 der ersten elektrischen Maschine EM1 hergestellt. Durch Schließen des Zusatzschaltelements K wird eine drehfeste Verbindung zwischen dem Rotor R1 und dem ersten Sonnenrad E1 1 1 des ersten Planetenradsatzes P1 hergestellt. Das Getriebe G gemäß dem achten Ausführungsbeispiel weist zwingend das fünfte Schaltelement 03 auf. Das Zusatzschaltelement K ist als formschlüssiges Schaltelement, insbesondere als Klauenkupplung ausgebildet. Das fünfte Schaltelement 03 ist entweder als formschlüssiges Schaltelement oder als kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet. Dies gilt auch für das erste und zweite Schaltelement 18, 14. Fig. 22 zeigt eine Schnittdarstellung des Getriebes G entsprechend dem achten Ausführungsbeispiel, mit einer koaxialen Anordnung der Eingangswelle GW1 und Abtriebswelle GW2' an axial gegenüberliegenden Enden des Getriebes G,
wobei das erste und zweite Schaltelement 18, 14 als kraftschlüssige Lamellenkupplungen ausgebildet sind, und das fünfte Schaltelement 03 als formschlüssige Klauenkupplung ausgebildet ist. Das Zusatzschaltelement K und das fünfte Schaltelement 03 sind dabei durch das gleiche Betätigungselement betätigbar. Je nach Stellung dieses Betätigungselements ist entweder das Zusatzschaltelement K oder das fünfte Schaltelement 03 geschlossen. Das Zusatzschaltelement K und das fünfte Schaltelement 03 sind dabei axial zwischen dem dritten Schaltelement 13 und dem ersten Planetenradsatz P1 angeordnet, radial nahe der Eingangswelle GW1 .
Fig. 23 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines neunten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Gegensatz zu dem in Fig. 21 dargestellten achten Ausführungsbeispiel weist das Getriebe G gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel das sechste Schaltelement 08 auf, wodurch die Bildung der mechanischen Rückwärtsgänge GR, GR2 möglich ist. Erstes und zweites Schaltelement 18, 14 sind als kraftschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Alternativ dazu können das erste und zweite Schaltelement 18, 14 auch als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet sein.
Fig. 24 zeigt eine Schnittdarstellung des Getriebes G entsprechend dem neunten Ausführungsbeispiel. Der grundsätzliche Aufbau des Getriebes G entspricht dabei dem in Fig. 12 dargestellten fünften Ausführungsbeispiel, ergänzt um das Zusatzschaltelement K und das fünfte Schaltelement 03. Das Zusatzschaltelement K und das fünfte Schaltelement 03 sind dabei als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet, und sind radial innerhalb der Abtriebswellenlagerung angeordnet. Auch im neunten Ausführungsbeispiel weisen das Zusatzschaltelement K und das fünfte Schaltelement 03 eine gemeinsame Betätigung auf, welche entweder das Zusatzschaltelement K oder das fünfte Schaltelement 03 im geschlossenen Zustand hält.
Fig. 25 zeigt Detailansichten des neunten Ausführungsbeispiels zur Anordnung des Zusatzschaltelements Z und des fünften Schaltelements 03. Ein erstes Element SM3 ist in einer Aussparung des Gehäuses GG radial geführt und durch Beaufschlagung mit hydraulischem Druck in axialer Richtung verschiebbar. Das erste Element SM3 dient demnach als hydraulischer Kolben. Über einen Mitnahmefortsatz ist das erste Element SM3 mit einem zweiten Element SM4 verbunden, so dass das zweite Element SM4 gleichsinnig mit dem ersten Element SM3 axial verschoben wird. Zwischen dem ersten und zweiten Element SM3, SM4 ist am Mitnahmefortsatz eine Lagerung vorgesehen, die eine Differenzdrehzahl zwischen erstem und zweiten Element SM3, SM4 ermöglicht. Das zweite Element SM4 weist an seinem Außendurchmesser eine Klauenverzahnung auf, welches abhängig von der axialen Position der Elemente SM3, SM4 mit einer am Gehäuse GG ausgebildeten Klauenverzahnung in Eingriff stehen kann. Am Innendurchmesser des zweiten Elements SM4 ist ebenso eine Klauenverzahnung ausgebildet. An einer mit dem Rotor R1 der ersten elektrischen Maschine EM1 verbundenen Verbindungswelle WR1 ist am Außendurchmesser eine Klauenverzahnung ausgebildet. An einer mit dem ersten Sonnenrad E1 1 1 des ersten Planetenradsatzes P1 verbundenen Verbindungswelle W3 ist am Außendurchmesser eine weitere Klauenverzahnung ausgebildet.
In Fig. 25a ist eine erste axiale Stellung der Elemente SM3, SM4 dargestellt. In dieser Position befindet sich die am Außenumfang des zweiten Elements SM4 ausgebildete Klauenverzahnung mit der am Gehäuse GG ausgebildeten Klauenverzahnung nicht im Eingriff. Dafür ist die am Innendurchmesser des zweiten Elements SM4 ausgebildete Klauenverzahnung mit den Klauenverzahnungen der Verbindungswellen WR1 , W3 im Eingriff. In der dargestellten Position ist das Zusatzschaltelement K geschlossen, und das fünfte Schaltelement 03 ist geöffnet.
In Fig. 25b ist eine zweite axiale Stellung der Elemente SM3, SM4 dargestellt. In dieser Position befindet sich die am Außenumfang des zweiten Elements SM4 ausgebildete Klauenverzahnung mit der am Gehäuse GG ausgebildeten Klauenverzahnung im Eingriff. Das zweite Element SM4 ist somit drehfest festgesetzt. Die am Innendurchmesser des zweiten Elements SM4 ausgebildete Klauenverzahnung befindet sich mit der an der Verbindungswelle W3 ausgebildeten Klauenverzahnung im Eingriff. Die an der Verbindungswelle WR1 ausgebildete Klauenverzahnung befindet sich nicht im Eingriff. In der dargestellten Position ist somit das fünfte Schaltelement 03 geschlossen, und das Zusatzschaltelement K ist geöffnet. In Fig. 25c ist eine alternative Ausgestaltung der Betätigung des fünften Schaltele- ments 03 dargestellt. Das zweite Element SM4 ist dabei zweiteilig ausgeführt, wobei die zuvor am Außendurchmesser des zweiten Elements SM4 ausgebildete Klauenverzahnung nun auf einem separaten Bauelement SM5 ausgebildet ist. Zwischen dem separaten Bauelement SM5 und dem zweiten Element SM4 ist eine weitere Klauenverzahnung ausgebildet. Das separate Bauelement SM5 ist durch eine Feder in axialer Richtung vorgespannt, welche die Klauenverzahnung zwischen dem separaten Bauelement SM5 und dem zweiten Element SM4 in Schließrichtung belastet. Durch diese Ausgestaltung wird das fünfte Schaltelement 03 als ein zweistufiges formschlüssiges Schaltelement ausgebildet, welches das Schließen unter Last verbessert.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die in Fig. 25 dargestellte gemeinsame Betätigung von fünftem Schaltelement 03 und Zusatzschaltelement K nicht zwingend ist. Das fünfte Schaltelement 03 und das Zusatzschaltelement K können in alternativen Ausgestaltungen auch unabhängig voneinander betätigt werden.
Fig. 26a zeigt ein Schaltschema für das Getriebe G gemäß dem achten Ausführungsbeispiel. Dabei sind das erste und zweite Schaltelement 14, 18 als kraftschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Das Zusatzschaltelement K ist in allen Vorwärtsgängen und Betriebsmodi bis auf den fünften und sechsten Vorwärtsgang G5, G6 geschlossen. Der fünfte Vorwärtsgang G5 wird durch Schließen des fünften Schaltelements 03 und des ersten Schaltelements 18 gebildet, wobei optional auch das dritte Schaltelement 13 geschlossen sein kann. Ist das dritte Schaltelement 13 geschlossen, so kann die erste elektrische Maschine EM1 auch im fünften Vorwärtsgang G5 Leistung abgeben oder aufnehmen. Der sechste Vorwärtsgang G6 wir durch Schließen des fünften Schaltelements 03 und des zweiten Schaltelements 14 gebildet, wobei optional auch das dritte Schaltelement 13 geschlossen sein kann. Ist das dritte Schaltelement 13 geschlossen, so kann die erste elektrische Maschine EM1 auch im sechsten Vorwärtsgang G6 Leistung abgeben oder aufnehmen. Sind im Getriebe G gemäß dem achten Ausführungsbeispiel das erste und zweite Schaltelement 18, 14 als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet, so gilt ebenso das Schaltschema gemäß Fig. 26a, ohne den sechsten Vorwärtsgang G6.
Fig. 26b zeigt ein Schaltschema für das Getriebe G gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel, welches das sechste Schaltelement 08 enthält, wobei das erste und zweite Schaltelement 14, 18 als kraftschlüssige Schaltelemente ausgebildet sind. Im fünften und sechsten Vorwärtsgang G5, G6 ist das dritte Schaltelement 13 optional und insbesondere dann geschlossen, wenn die erste elektrische Maschine EM1 dem Getriebe G Leistung zuführen oder vom Getriebe G Leistung abnehmen soll. Im ersten Rückwärtsgang GR ist neben dem dritten Schaltelement 13 und dem sechsten Schaltelement 08 auch das Zusatzschaltelement K geschlossen. Im zweiten Rückwärtsgang GR2 ist das Zusatzschaltelement K optional geschlossen. Das Zusatzschaltelement K ist im zweiten Rückwärtsgang GR2 insbesondere dann zu schließen, wenn die erste elektrische Maschine EM1 den Betrieb im zweiten Rückwärtsgang GR2 unterstützen soll. Im zweiten elektrischen Betriebsmodus E2 ist neben dem sechsten Schaltelement 08 auch das Zusatzschaltelement K geschlossen. In der Parksperre P kann neben dem vierten Schaltelement 06 und dem sechsten Schaltelement 08 optional auch das fünfte Schaltelement 03 und/oder das Zusatzschaltelement K geschlossen sein. Ist die Betätigung des Zusatzschaltelement K und des fünften Schaltelements 03 derart ausgebildet, dass eines dieser beiden Schaltelemente K, 03 stets geschlossen ist, so ist vorzugsweise das Zusatzschaltelement K geschlossen.
Fig. 27a zeigt ein alternatives Schaltschema für das Getriebe G gemäß dem achten Ausführungsbeispiel, welche sich insbesondere durch die Bildung des zweiten und dritten Vorwärtsganges G2', G3' unterscheidet. Der zweite Vorwärtsgang G2' wird durch Schließen des vierten Schaltelements 06 und des zweiten Schaltelements 14 gebildet. Das fünfte Schaltelement 03 und das Zusatzschaltelement K sind geöffnet. Der dritte Vorwärtsgang G3' wird durch Schließend es vierten Schaltelements 06 und des ersten Schaltelements 18 gebildet. Das fünfte Schaltelement 03 und das Zusatzschaltelement K sind geöffnet. Soll die erste elektrische Maschine EM1 im zweiten oder dritten Vorwärtsgang G2', G3' dem Getriebe G Leistung zuführen oder von diesem aufnehmen, so ist optional das dritte Schaltelement 13 geschlossen.
Fig. 27b zeigt ein alternatives Schaltschema für das Getriebe G gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel. Die Bildung des zweiten und dritten Vorwärtsganges G2', G3' entspricht der in Fig. 26a dargestellten Ausführung.
Weist das Getriebe G das Zusatzschaltelement K auf, so ergibt sich folgende alternative Bildung des vierten Vorwärtsganges G4. Prinzipiell kann der vierte Vorwärtsgang G4 durch Schließen von zwei der folgenden Schaltelemente gebildet werden: erstes Schaltelement 18, zweites Schaltelement 14, drittes Schaltelement 13. Dabei ist vorzugsweise das erste Schaltelement 18 stets an der Bildung des vierten Vorwärtsganges G4 beteiligt, da das erste Schaltelement 18 auch im dritten und fünften Vorwärtsgang G3, G3', G5 beteiligt ist. Wird der vierte Vorwärtsgang G4 durch Schließen des ersten und zweiten Schaltelements 18, 14 gebildet, so kann das Zusatzschaltelement K auch geöffnet sein. Soll die erste elektrische Maschine EM1 dabei Leistung abgeben oder aufnehmen, so ist das dritte Schaltelement 13 zu schließen.
Weist das Getriebe G das Zusatzschaltelement K auf, so ergibt sich folgende alternative Bildung des zweiten Rückwärtsganges GR2. Der zweite Rückwärtsgang GR2 kann demnach auch durch Schließen des sechsten Schaltelements 08, des zweiten Schaltelements 14 gebildet werden, wobei das Zusatzschaltelement K geöffnet ist. Soll die erste elektrische Maschine EM1 dabei Leistung abgeben oder aufnehmen, so ist das dritte Schaltelement 13 zu schließen.
Sind im Getriebe G gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel das erste und zweite Schaltelement 18, 14 als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet, so gilt ebenso das Schaltschema gemäß Fig. 26a, ohne den sechsten Vorwärtsgang G6.
Die Getriebe G gemäß dem achten und neunten Ausführungsbeispielen könnten optional auch das siebente Schaltelement 07 aufweisen. Der Übersichtlichkeit halber ist dies nicht in den Figuren dargestellt. Im derart gebildeten siebenten Vorwärtsgang G7 ist neben dem siebenten Schaltelement 07 und dem dritten Schaltelement 13 auch das Zusatzschaltelement K zu schließen.
Sämtliche dargestellten Ausführungsbeispiele und Ausführungsformen der Erfindung können die zweite elektrische Maschine EM2 aufweisen, so wie sie in Fig. 5 dargestellt ist.
Die in den Ausführungsbeispielen dargestellte hydraulische Betätigung der Schaltelemente inklusive des Zusatzschaltelements K ist lediglich beispielhaft anzusehen. In alternativen Ausgestaltungen kann die Betätigung ausgewählter oder auch sämtlicher Schaltelemente inklusive des Zusatzschaltelements K auch durch eine oder mehrere elektromechanische Betätigungsvorrichtungen erfolgen.
Fig. 28 zeigt schematisch einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Der Antriebsstrang weist eine Verbrennungskraftmaschine VKM auf, die über einen Torsions- schwingungsdämpfer TS mit der Eingangswelle GW1 des Getriebes G verbunden ist. Die Abtriebswelle GW2 ist mit einem Achsgetriebe AG antriebswirkverbunden. Vom Achsgetriebe AG ausgehend wird die Leistung, die an der Abtriebswelle GW2 anliegt, auf Räder DW des Kraftfahrzeugs verteilt. Im motorischen Betrieb der ersten elektrischen Maschine EM1 wird dem Stator S1 über einen nicht dargestellten Wechselrichter elektrische Leistung zugeführt. Im generatorischen Betrieb der ersten elektrischen Maschine EM1 führt der Stator S1 dem Wechselrichter elektrische Leistung zu. Der Wechselrichter wandelt dabei die Gleichspannung eines nicht dargestellten Energiespeichers in eine für die erste elektrische Maschine EM1 geeignete Wechselspannung, und umgekehrt. In Fig. 27 ist das Getriebe G entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Dies ist lediglich beispielhaft anzusehen. Der Hybridantriebsstrang könnte mit jeder Ausführungsform des Getriebes G aufgebaut sein. Bezuqszeichen
G Getriebe
GW1 Eingangswelle
GW2 Abtriebswelle
GW2' Abtriebswelle
P1 Erster Planetenradsatz
P2 Zweiter Planetenradsatz
E1 1 1 Erstes Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes
E1 12 Zweites Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes
E21 Steg des ersten Planetenradsatzes
E31 Hohlrad des ersten Planetenradsatzes
E312 Zweites Hohlrad des ersten Planetenradsatzes
E12 Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes
E22 Steg des zweiten Planetenradsatzes
E32 Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes
E322 Zweites Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes
18 Erstes Schaltelement
14 Zweites Schaltelement
13 Drittes Schaltelement
06 Viertes Schaltelement
03 Fünftes Schaltelement
08 Sechstes Schaltelement
07 Siebentes Schaltelement
K Zusatzschaltelement
W8 Verbindungswelle
W6 Verbindungswelle
W3 Verbindungwelle
WR1 Verbindungswelle
SM1 Erstes Element
SM2 Zweites Element
SM3 Erstes Element
SM4 Zweites Element SM5 Bauelement
EM1 Erste elektrische Maschine
R1 Rotor der ersten elektrischen Maschine
S1 Stator der ersten elektrischen Maschine
EM2 Zweite elektrische Maschine
R2 Rotor der zweiten elektrischen Maschine
S2 Stator der zweiten elektrischen Maschine
G1 -G7 Erster bis siebter Vorwärtsgang
GR Rückwärtsgang
GR2 Rückwärtsgang
EDA1 Erster elektrodynamischer Betriebsmodus
EDA2 Zweiter elektrodynamischer Betriebsmodus
E1 Erster Elektrischer Betriebsmodus
E2 Zweiter Elektrischer Betriebsmodus
P Parksperre
VKM Verbrennungskraftmaschine
DW Räder
AG Achsgetriebe
TS Torsionsschwingungsdämpfer

Claims

Patentansprüche
1 . Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Eingangswelle (GW1 ), einer Abtriebswelle (GW2), einem als Stufenplanetenradsatz ausgebildeten ersten Planetenradsatz (P1 ), dessen Planetenräder (PL1 ) zwei unterschiedliche Wirkdurchmesser aufweisen, und einem zweiten Planetenradsatz (P2), wobei der erste und der zweite Planetenradsatz (P1 , P2) als Minus-Radsätze ausgebildet sind, wobei ein erstes Sonnenrad (E1 1 1 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) mit dem größeren Wirkdurchmesser der Planetenräder (PL1 ) in Eingriff steht, wobei ein zweites Sonnenrad
(E1 12) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) mit dem kleineren Wirkdurchmesser der Planetenräder (PL1 ) in Eingriff steht, wobei das zweite Sonnenrad (E1 12) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) mit einem Sonnenrad (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig verbunden ist, wobei ein Steg (E21 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) mit einem Hohlrad (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig verbunden ist, wobei die Eingangswelle (GW1 ) über ein erstes Schaltelement (18) mit dem Steg (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) und über ein zweites Schaltelement (14) mit dem zweiten Sonnenrad (E1 12) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) verbindbar ist, wobei die Abtriebswelle (GW2) an das Hohlrad (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) angebunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) eine erste elektrische Maschine (EM1 ) mit einem drehfesten Stator (S1 ) und einem drehbaren Rotor (R1 ) aufweist, wobei die Eingangswelle (GW1 ) über ein drittes Schaltelement (13) mit dem Rotor (R1 ) der ersten elektrischen Maschine (EM1 ) verbindbar ist, wobei das erste Sonnenrad (E1 1 1 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) mit dem Rotor (R1 ) der ersten elektrischen Maschine (EM1 ) entweder ständig oder über ein Zusatzschaltelement (K) schaltbar verbunden ist, und wobei ein Hohlrad (E31 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) über ein viertes Schaltelement (06) drehfest festsetzbar ist.
2. Getriebe (G) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sonnenrad (E1 1 1 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) über ein fünftes Schaltelement (03) drehfest festsetzbar ist.
3. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sonnenrad (E1 1 1 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) mit dem Rotor (R1 ) der ersten elektrischen Maschine (EM1 ) ständig verbunden ist, wobei
durch selektive Betätigung des ersten, zweiten, dritten und vierten Schaltelements (18, 14, 13, 06) und gegebenenfalls des fünften Schaltelements (03) wenigstens fünf Vorwärtsgänge (G1 , G2, G3, G4, G5) zwischen der Eingangswelle (GW1 ) und der Abtriebswelle (GW2) vorzugsweise automatisiert schaltbar sind, wobei sich
- der erste Vorwärtsgang (G1 ) durch Schließen des vierten Schaltelements (06) und des dritten Schaltelements (13),
- der zweite Vorwärtsgang (G2) durch Schließen des vierten Schaltelements (06) und des zweiten Schaltelements (14),
- der dritte Vorwärtsgang (G3) durch Schließen des vierten Schaltelements (06) und des ersten Schaltelements (18),
- der vierte Vorwärtsgang (G4) durch Schließen des ersten Schaltelements (18) und wahlweise des dritten Schaltelements (13) oder des zweiten Schaltelements (14), und
- der fünfte Vorwärtsgang (G5) sich durch Schließen des ersten Schaltelements (18) und wahlweise durch Schließen des fünften Schaltelements (03) oder durch Abstützung des ersten Sonnenrads (E1 1 1 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) mittels der ersten elektrischen Maschine (EM1 ) ergibt.
4. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sonnenrad (E1 1 1 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) mit dem Rotor (R1 ) der ersten elektrischen Maschine (EM1 ) über das Zusatzschaltelement (K) schaltbar verbunden ist, wobei durch selektive Betätigung des ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Schaltelements (18, 14, 13, 06, 03) und des Zusatzschaltelements (K) wenigstens fünf Vorwärtsgänge (G1 , G2, G3, G4, G5) zwischen der Eingangswelle (GW1 ) und der Abtriebswelle (GW2) vorzugsweise automatisiert schaltbar sind, wobei sich
- der erste Vorwärtsgang (G1 ) durch Schließen des vierten Schaltelements (06), des dritten Schaltelements (13) und des Zusatzschaltelements (K),
- der zweite Vorwärtsgang (G2) durch Schließen des vierten Schaltelements (06), des zweiten Schaltelements (14) und des Zusatzschaltelements (K), - der dritte Vorwärtsgang (G3) durch Schließen des vierten Schaltelements (06), des ersten Schaltelements (18) und des Zusatzschaltelements (K),
- der vierte Vorwärtsgang (G4) durch Schließen des ersten Schaltelements (18), des Zusatzschaltelements (K), und wahlweise des dritten Schaltelements (13) oder des zweiten Schaltelements (14), und
- der fünfte Vorwärtsgang (G5) sich durch Schließen des ersten Schaltelements (18) und des fünften Schaltelements (03) ergibt.
5. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sonnenrad (E1 1 1 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) mit dem Rotor (R1 ) der ersten elektrischen Maschine (EM1 ) über das Zusatzschaltelement (K) schaltbar verbunden ist, wobei durch selektive Betätigung des ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Schaltelements (18, 14, 13, 06, 03) und des Zusatzschaltelements (K) wenigstens fünf Vorwärtsgänge (G1 , G2', G3', G4, G5) zwischen der Eingangswelle (GW1 ) und der Abtriebswelle (GW2) vorzugsweise automatisiert schaltbar sind, wobei sich
- der erste Vorwärtsgang (G1 ) durch Schließen des vierten Schaltelements (06), des dritten Schaltelements (13) und des Zusatzschaltelements (K),
- der zweite Vorwärtsgang (G2') durch Schließen des vierten Schaltelements (06) und des zweiten Schaltelements (14),
- der dritte Vorwärtsgang (G3') durch Schließen des vierten Schaltelements (06) und des ersten Schaltelements (18),
- der vierte Vorwärtsgang (G4) durch Schließen des ersten Schaltelements (18), des Zusatzschaltelements (K), und wahlweise des dritten Schaltelements (13) oder des zweiten Schaltelements (14), und
- der fünfte Vorwärtsgang (G5) sich durch Schließen des ersten Schaltelements (18), des fünften Schaltelements (03) ergibt.
6. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste, zweite und vierte Schaltelement (18, 14, 06) als formschlüssige Schaltelemente, insbesondere als Klauen-Schaltelemente, ausgebildet sind, wobei das dritte Schaltelement (13) als kraftschlüssiges Schaltelement, insbesondere als Lamellenkupplung ausgebildet ist.
7. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der Bildung des vierten Vorwärtsganges (G4) das erste Schaltelement (18) und das dritte Schaltelement (13) beteiligt sind, wobei das erste Schaltelement (18) und das zweite Schaltelement (14) durch einen gemeinsamen Betätigungsmechanismus betätigbar sind.
8. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste, zweite und dritte Schaltelement (18, 14, 13) als kraftschlüssige Schaltelemente, insbesondere als Lamellenkupplungen ausgebildet sind, wobei das vierte Schaltelement (06) als formschlüssiges Schaltelement, insbesondere als Klauen-Schaltelement ausgebildet ist.
9. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sonnenrad (E1 1 1 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) mit dem Rotor (R1 ) der ersten elektrischen Maschine (EM1 ) ständig verbunden ist, wobei das Getriebe (G) einen sechsten Vorwärtsgang (G6) aufweist, welcher sich durch Schließen des zweiten Schaltelements (14), und wahlweise durch Schließen des fünften Schaltelements (03) oder durch Abstützung des ersten Sonnenrads (E1 1 1 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) mittels der ersten elektrischen Maschine (EM1 ) ergibt.
10. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) das Zusatzschaltelement (K) und das fünfte Schaltelement (03) aufweist, wobei sich der sechste Vorwärtsgang (G6) durch Schließen des fünften Schaltelements (03) und des zweiten Schaltelements (14) ergibt.
1 1 . Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) über ein sechstes Schaltelement (08) drehfest festsetzbar ist, wobei sich durch Schließen des sechsten Schaltelements (08), des dritten Schaltelements (13) und gegebenenfalls des Zusatzschaltelements (K) ein erster Rückwärtsgang (GR) ergibt.
12. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich ergänzend oder alternativ zum ersten Rückwärtsgang (GR) ein zweiter Rückwärtsgang (GR2) durch Schließen des sechsten Schaltelements (08) und des zweiten Schaltelements (14) ergibt.
13. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 1 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Planetenradsatz (P2) ein zweites Hohlrad (E322) aufweist, welches mit der Abtriebswelle (GW2) verbunden ist, wobei die Verbindung zwischen dem Steg (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) und dem sechsten Schaltelement (08) zwischen den beiden Hohlrädern (E32, E322) des zweiten Planetenradsatzes (P2) hindurchführt.
14. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das vierte Schaltelement (06) und das sechste Schaltelement (08) durch einen gemeinsamen Betätigungsmechanismus betätigbar sind.
15. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (E31 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ), welches über das vierte Schaltelement (06) drehfest festsetzbar ist, mit dem größeren Wirkdurchmesser der Planetenräder (PL1 ) in Eingriff steht, wobei ein zweites Hohlrad (E312) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) mit dem kleineren Wirkdurchmesser der Planetenräder (PL1 ) in Eingriff steht, wobei das zweite Hohlrad (E312) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) über ein siebentes Schaltelement (07) drehfest festsetzbar ist.
16. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten bis fünften Vorwärtsgang (G1 -G5) und gegebenenfalls im sechsten Vorwärtsgang (G6) das siebente Schaltelement (07) geöffnet ist, wobei in einem siebenten Vorwärtsgang (G7) das siebente Schaltelement (07), das dritte Schaltelement (13) und gegebenenfalls das Zusatzschaltelement (K) geschlossen sind.
17. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) eine zweite elektrische Maschine (EM2) mit einem drehfesten Stator (S2) und einem drehbaren Rotor (R2) aufweist, wobei der Rotor (R2) der zweiten elektrischen Maschine (EM2) ständig mit der Eingangswelle (GW1 ) verbunden ist.
18. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten elektrodynamischen Betriebsmodus (EDA1 ) das zweite Schaltelement (14) und gegebenenfalls das Zusatzschaltelement (K) geschlossen sind und alle weiteren Schaltelemente (18, 13, 06; 03; 08; 07) geöffnet sind, wobei das an der Abtriebswelle (GW2) anliegende Drehmoment durch Variation des an der Eingangswelle (GW1 ) anliegenden Drehmoments und des am Rotor (R1 ) der ersten elektrischen Maschine (EM1 ) anliegenden Drehmoments stufenlos veränderbar ist.
19. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten elektrodynamischen Betriebsmodus (EDA2) das erste Schaltelement (18) und gegebenenfalls das Zusatzschaltelement (K) geschlossen sind und alle weiteren Schaltelemente (14, 13, 06; 03; 08; 07) geöffnet sind, wobei das an der Abtriebswelle (GW2) anliegende Drehmoment durch Variation des an der Eingangswelle (GW1 ) anliegenden Drehmoments und des am Rotor (R1 ) der ersten elektrischen Maschine (EM1 ) anliegenden Drehmoments stufenlos veränderbar ist.
20. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten elektrischen Betriebsmodus (E1 ) das vierte Schaltelement (06) und gegebenenfalls das Zusatzschaltelement (K) geschlossen sind und alle weiteren Schaltelemente (18, 14, 13; 03; 08; 07) geöffnet sind, wobei das an der Abtriebswelle (GW2) anliegende Drehmoment durch Variation des am Rotor (R1 ) der ersten elektrischen Maschine (EM1 ) anliegenden Drehmoments stufenlos veränderbar ist.
21 . Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten elektrischen Betriebsmodus (E2) das sechste Schaltelement (08) und gegebenenfalls das Zusatzschaltelement (K) geschlossen sind und alle weiteren Schaltelemente (18, 14, 13, 06; 03; 07) geöffnet sind, wobei das an der Abtriebswelle (GW2) anliegende Drehmoment durch Variation des am Rotor (R1 ) der ersten elektrischen Maschine (EM1 ) anliegenden Drehmoments stufenlos veränderbar ist.
22. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach einem Ansprüche 1 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Bereitstellung einer Parksperre (P) das sechste Schaltelement (08) und das vierte Schaltelement (06) blockierbar ist.
23. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Schaltelemente (18, 14, 13, 06; 03; 08; 07) mittels einem geschlossenen Hydrauliksystem, welches einen Druckspeicher um- fasst, oder mittels einem elektromechanischen Betätigungssystem betätigbar sind.
24. Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, wobei der Antriebsstrang eine Verbrennungskraftmaschine (VKM), ein Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 23 sowie ein mit Rädern (DW) des Kraftfahrzeugs verbundenes Achsgetriebe (AG) aufweist, wobei die Eingangswelle (GW1 ) des Getriebes (G) über zumindest einen Tor- sionsschwingungsdämpfer (TS) mit der Verbrennungskraftmaschine (VKM) ständig drehelastisch verbunden ist und die Abtriebswelle (GW2) des Getriebes (G) mit dem Achsgetriebe (AG) antriebswirkverbunden ist, wobei das Kraftfahrzeug in den Vorwärtsgängen (G1 -G5; G6; G7) von der Verbrennungskraftmaschine (VKM) allein antreibbar ist, wobei das Kraftfahrzeug im ersten und zweiten elektrodynamischen Betriebsmodus (EDA1 , EDA2) durch Zusammenwirkung der Verbrennungskraftmaschine (VKM) und der ersten elektrischen Maschine (EM1 ) antreibbar ist, und wobei das Kraftfahrzeug im ersten elektrischen Betriebsmodus (E1 ) von der ersten elektrischen Maschine (EM1 ) allein antreibbar ist.
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