WO2016180584A1 - Getriebe für ein kraftfahrzeug und hybridantriebsstrang damit - Google Patents

Getriebe für ein kraftfahrzeug und hybridantriebsstrang damit Download PDF

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WO2016180584A1
WO2016180584A1 PCT/EP2016/057680 EP2016057680W WO2016180584A1 WO 2016180584 A1 WO2016180584 A1 WO 2016180584A1 EP 2016057680 W EP2016057680 W EP 2016057680W WO 2016180584 A1 WO2016180584 A1 WO 2016180584A1
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switching element
transmission
shaft
gear
closing
Prior art date
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PCT/EP2016/057680
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Ziemer
Stefan Beck
Martin Brehmer
Matthias Horn
Johannes Kaltenbach
Julian KING
Bernd Knöpke
Jens Moraw
Eckehard MÜNCH
Gerhard Niederbrucker
Juri Pawlakowitsch
Stephan Scharr
Viktor Warth
Michael Wechs
Uwe Griesmeier
Raffael Kuberczyk
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the invention relates to a transmission for a motor vehicle having a transfer gearset, a main gearset, a drive shaft, an output shaft and at least five shift elements.
  • the invention further relates to a hybrid powertrain 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.
  • An automatic transmission for a vehicle according to the preamble of claim 1 is known from the disclosure DE 102 13 820 A1. However, this automatic transmission does not have an electric machine.
  • the transmission should have a simple and compact design.
  • the transmission has a Vorschaltradsatz, a main gear and at least five switching elements whose selective pairwise closing causes at least eight switchable forward gears between a drive shaft and an output shaft of the transmission.
  • the main gearset has a total of four waves, which are referred to in the order of their speed order as the first, second, third, fourth wave.
  • Four waves referred to as the first, second, third and fourth wave in the order of rotation are characterized in that the rotational speeds of these waves increase, decrease or become linear in the stated order.
  • the rotational speed of the first shaft is less than or equal to the rotational speed of the second shaft.
  • the speed of the second shaft is again less than or equal to the speed of the third shaft.
  • the speed of the third shaft is less than or equal to the speed of the fourth shaft.
  • This order is also reversible, so that the fourth shaft has the lowest speed, while the first shaft assumes a speed greater than or equal to what the speed of the fourth wave is.
  • the speed of one or more waves can also assume negative values, or even the value zero.
  • the speed order is therefore always to refer to the signed value of the speeds, and not on the amount.
  • the Vorschaltradsatz is adapted to provide an increased speed compared to the speed of the drive shaft on a fifth shaft.
  • the fifth shaft is connectable to the fourth shaft of the main gearset.
  • the fifth shaft is connectable to the first shaft of the main gearset.
  • the drive shaft is connectable to the first shaft of the main gearset.
  • the fourth switching element the drive shaft is connectable to the second shaft of the main gearset.
  • the fifth shift element the fourth shaft of the main gearset is rotationally fixed by the fourth shaft is connected to a housing or with another rotationally fixed component of the transmission.
  • the third shaft of the main gear is permanently connected to the output shaft of the transmission.
  • a rotor of an electric machine is permanently connected in a rotationally fixed manner to the fifth shaft.
  • the rotor of the electric machine rotates in each gear at a higher speed than the drive shaft.
  • the electric machine can be designed for higher speeds and lower torque, whereby the electric machine is smaller and cheaper to manufacture.
  • the Vorschaltradsatz involved in the formation of the forward gears. So there is no additional set of wheels to form the pre-translation for the electric machine required.
  • the fifth wave also has a speed in each gear, which will be shown later.
  • the GE- Therefore, in each forward gear transmission allows both a power output and a power consumption by means of the electric machine.
  • the main gearset is designed as a stepped planetary gear set, on the web of which planetary gears are rotatably mounted with two differently sized effective diameters.
  • a Jardinnplanetenradsatz with a total of four waves has either two sun gears and a ring gear, or two ring gears and a sun gear. The four waves are formed by the bridge and the three central wheels. Under central wheels are to be understood ring gears and sun gears.
  • Such a Jardinnplanetenradsatz has a particularly compact design, and is therefore particularly well suited for a transmission with an integrated electric machine. Because the inclusion of the electrical machine in the transmission increases the space requirement of the transmission.
  • the formation of the main gearset as consplanetenradsatz is suitable to compensate for at least a portion of this increased space requirements.
  • the devisnplanetenradsatz on a first and second sun gear and a first ring gear meshes with its toothing with the teeth formed on the larger effective diameter of the planetary gears and forms part of the first wave of the main gearset.
  • the second sun gear meshes with its toothing with the teeth formed on the smaller effective diameter of the planet gears and forms part of the second shaft of the main gearset.
  • the bridge is part of the third wave of the main gearset.
  • the first ring gear meshes with its toothing with the teeth formed on the larger effective diameter of the planet gears and forms part of the fourth wave of the main gearset.
  • the devisnplanetenradsatz on a first sun gear and a first and second ring gear meshes with its toothing with the formed on the smaller effective diameter of the planet gears and forms part of the first wave of the planetary gears Gearset.
  • the bridge is part of the second shaft of the main gear.
  • the first ring gear meshes with its toothing with the teeth formed on the larger effective diameter of the planet gears and forms part of the fourth wave of the main gearset.
  • the second ring gear meshes with its toothing with the teeth formed on the smaller effective diameter of the planet gears and forms part of the third wave of the main gearset.
  • the Vorschaltradsatz is formed as a planetary gear, which has a first element, a second element and a third element.
  • the first element is formed by a sun gear of the planetary gear set, and is permanently fixed against rotation.
  • the planetary gear set is designed as a minus wheel set
  • the second element is formed by a web of the planetary gear set, and the third element by a ring gear of the planetary gear set.
  • the planetary gear set is designed as a plus-wheel set
  • the second element is formed by the ring gear of the planetary gear set, and the third element by the web of the planetary gear set.
  • the second element is permanently connected to the drive shaft, while the third element forms part of the fifth shaft. Due to the design of the transfer gearset as planetary gear, the transmission is also suitable for very high performance, since a comparable spur gear for high performance would be extremely difficult.
  • the first forward speed is formed by closing the third switching element and the fifth switching element.
  • the second forward speed is formed by closing the second switching element and the fifth switching element.
  • the third forward speed is formed by closing the fourth switching element and the fifth switching element.
  • the fourth forward speed is formed by closing the second switching element and the fourth switching element.
  • the fifth forward speed is formed by closing the third switching element and the fourth switching element.
  • the sixth forward speed is achieved by closing the first Switching element and the fourth switching element formed.
  • the seventh forward speed is formed by closing the first switching element and the third switching element.
  • the eighth forward speed is formed by closing the first switching element and the second switching element.
  • the fifth switching element is designed as a form-locking switching element.
  • Positive-locking switching elements make the connection in the closed state by positive locking, and are characterized in the open state by lower drag losses than non-positive switching elements.
  • the fifth switching element may be designed as a claw-switching element, which may be formed without a synchronizer.
  • the fifth switching element is therefore predominantly open during operation of the transmission in the motor vehicle. Since the fifth switching element is closed only in the first to third forward gear, the switching element is always opened during shifts to a higher gear, but not closed. Opening a claw-switching element is considerably easier than the closing process, since when closing the claws of the jaw switching element must first engage in the gaps provided, while the claws need to be made only load-free when opening.
  • the transmission has a sixth switching element.
  • the sixth switching element By closing the sixth switching element, the second shaft of the main gearset can be fixed in a rotationally fixed by the second shaft of the main gearset is connected to the housing or with another non-rotatable component of the transmission.
  • the sixth Switching element is open in all forward gears of the transmission.
  • the sixth switching element By the sixth switching element, the formation of mechanical reverse gears is made possible. This is only partially necessary in the subject gear, as a reverse gear is possible by operation of the electric machine against a preferred direction of rotation and inserting one of the forward gears.
  • the sixth switching element can easily provide at least one mechanical reverse gear between the drive shaft and the output shaft.
  • a first reverse occurs by closing the third switching element and the sixth switching element.
  • a second mechanical reverse gear results by closing the second switching element and the sixth switching element.
  • the first reverse gear is advantageous because in the first forward gear as well as the third switching element is closed. This simplifies a shift between first reverse and first forward.
  • the sixth switching element is designed as a form-locking switching element. Since an operation of the electric machine will be available to a large extent, a large part of the reverse operation of the motor vehicle can be covered by the electric machine. The mechanical first and / or second reverse gear is thus required only in exceptional situations, whereby a load shiftability between the forward gears and the mechanical reverse gears is not mandatory. Thus, it does not restrict the vehicle driving operation when the sixth shift element is formed as a positive shift element without power shiftability. In addition, the training improves as a positive switching element, the mechanical efficiency of the transmission, since the sixth switching element is opened during operation of the motor vehicle to a predominant proportion.
  • the drive shaft via a seventh switching element with a connecting shaft of the transmission is connectable.
  • the connection shaft serves as an interface the transmission to a drive unit of the motor vehicle, for example an internal combustion engine. Due to the switchable connection between the drive shaft and connecting shaft, a drive of the output shaft by means of the electric machine without connection to the drive unit of the motor vehicle is possible.
  • the seventh switching element can be designed both as a non-positive and as a form-locking switching element.
  • the transmission has a second electric machine whose rotor is permanently connected in a rotationally fixed manner to the connecting shaft.
  • an internal combustion engine connected to the connecting shaft can be started even when the seventh switching element is open, without reacting on the drive of the motor vehicle.
  • the transmission may be part of a hybrid powertrain of a motor vehicle.
  • the hybrid drive train also has an internal combustion engine, which is connected to the connection shaft of the transmission, preferably connected in a torsionally flexible manner by providing a torsional vibration damper.
  • the output shaft of the transmission is connected to an axle transmission, which is connected to wheels of the motor vehicle.
  • the hybrid powertrain allows multiple drive modes of the motor vehicle. In an electric driving operation, the motor vehicle is driven by the electric machine of the transmission, wherein the seventh switching element is opened. In an internal combustion engine operation, the motor vehicle is driven by the internal combustion engine, wherein the seventh switching element is closed. In a hybrid operation, the motor vehicle is driven by both the internal combustion engine and the electric machine of the transmission.
  • 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 planetary gears are rotatably mounted, with a sun gear and with a ring gear, wherein the toothing of at least one of the planet gears both with the toothing of the sun gear, as well as meshing 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 toothing of 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.
  • An electric machine consists at least of a non-rotatable stator and a rotatably mounted rotor and is configured in a motor operation to convert electrical energy into mechanical energy in the form of speed and torque, and in a regenerative operation mechanical energy into electrical energy in the form of To transform electricity and voltage.
  • a relative movement between two components allowed or made a connection for transmitting a torque between the two components.
  • a relative movement for example, to understand a rotation of two components, wherein the rotational speed of the first component and the rotational speed of the second component differ from each other.
  • the rotation of only one of the two components is conceivable while the other component is stationary or rotating in the opposite direction.
  • a permanent connection is called a connection between two elements that always exists. Such constantly connected elements always rotate with the same dependence between their speeds. In a permanent connection between two elements, no switching element can be located. A permanent connection must therefore be distinguished from a switchable connection.
  • FIG. 1 shows schematically a transmission according to a first embodiment of the invention.
  • Fig. 2 shows a speed diagram of the transmission according to the first embodiment.
  • Fig. 3 shows a circuit diagram of the transmission according to the first embodiment.
  • Fig. 4 shows schematically a transmission according to a second embodiment of the invention.
  • Fig. 5 shows a speed diagram of the transmission according to the second embodiment.
  • Fig. 6 shows a circuit diagram of the transmission according to the second embodiment.
  • Fig. 7 shows a hybrid powertrain of a motor vehicle.
  • Fig. 1 shows schematically a transmission G for a motor vehicle according to a first embodiment of the invention.
  • the transmission G comprises a drive shaft GW1, an output shaft GW2, a VRS as a planetary gear set P1, a HRS main gearset designed as a stepped planetary gear set PS, five switching elements A, B, C, E, F and an electric machine EM with a rotationally fixed stator S and a rotatable rotor R on.
  • the transmission G may also have a sixth switching element D.
  • the planetary gear set P1 is formed as a minus wheel set, and has a first element E1 1, a second element E21 and a third element E31.
  • the first element E1 1 is associated with a sun gear of the planetary gear set P1, and is permanently locked in rotation by the sun gear with a housing GG or with a is connected to another non-rotatable component of the transmission G.
  • the second element E21 is associated with a web of the planetary gear P1, and is permanently connected to the drive shaft GW1.
  • the third element E31 is associated with a ring gear of the planetary gear P1, and is connected to the rotor R of the electric machine EM. Rotor R and third element E31 are part of a fifth wave W5.
  • the devisnplanetenradsatz PS includes planet gears PL, which have two different large effective diameter.
  • a first sun gear E121 meshes with its toothing with the teeth formed on the larger effective diameter of the planet gears PL.
  • a second sun gear E122 meshes with its toothing with the formed on the smaller effective diameter of the planet gears PL teeth.
  • the planet gears PL are rotatably mounted on a web E22.
  • a first ring gear E321 meshes with its toothing with the teeth formed on the larger effective diameter of the planet gears PL.
  • the stepped planetary gearset PS forms the main gearset HRS with its total of four shafts W1, W2, W3, W4.
  • the first wave W1 is associated with the first sun gear E121.
  • the second wave W2 is associated with the second sun gear E122.
  • the third wave W3 is associated with the web E22.
  • the fourth wave W4 is associated with the first ring gear E321.
  • the first wave W1 can be connected via the second switching element B to the fifth shaft W5 and via the third switching element C to the drive shaft GW1.
  • the second wave W2 can be connected via the fourth switching element E to the drive shaft GW1.
  • the third wave W3 is constantly connected to the output shaft GW2.
  • the fourth wave W4 can be connected via the first switching element A to the fifth wave W5, and can be secured against rotation by way of the fifth switching element F.
  • the drive shaft GW1 can be connectable via a non-illustrated seventh switching element K0 with a connection shaft AN, not shown.
  • the switching elements A, B, C, D, E, F are shown schematically in the form of non-positive lamella switching elements. However, this is not limiting. A selection of the switching elements A, B, C, D, E, F can also be designed as claw switching elements, in particular the fifth switching element F and the sixth switching element D. This applies to all embodiments.
  • the transmission G comprises the sixth shifting element D
  • the transmission G according to the first exemplary embodiment is designed as a so-called front-transverse transmission.
  • a toothing is formed on the output shaft GW2, which meshes with the teeth of an axis-parallel to the output shaft GW2 arranged, not shown shaft.
  • the power of the output shaft GW2 can be transmitted to wheels DW of a motor vehicle via this shaft.
  • the transmission G may be formed both as a front-transverse transmission and as a so-called front-longitudinal transmission.
  • the interfaces of drive shaft GW1 and output shaft GW2 are located at opposite ends of the transmission G, and are arranged coaxially with each other.
  • Fig. 2 shows a speed diagram of the first embodiment of the transmission G. It is applied in the vertical direction, the rotational speeds of the four shafts W1, W2, W3, W4 of the main gearset HRS in relation to the rotational speed n of the drive shaft GW1.
  • the maximum occurring speed n of the drive shaft GW1 is normalized to the value one.
  • the speed n-W5 of the shaft W5 is always higher than the speed n of the drive shaft GW1.
  • the distances between the four shafts W1, W2, W3, W4 of the main gearset HRS result from the stationary gear ratios of the stepped planetary gearset PS.
  • the representation is for illustrative purposes only and is not to scale. Speed ratios associated with a particular operating point can be connected by a straight line.
  • the speed n-Ab of the output shaft GW2 is read.
  • Fig. 3 shows a circuit diagram of the transmission G according to the first embodiment.
  • eight forward gears G1 to G8 and a first and a second reverse gear R1, R2, a mode of operation GEN GEN standstill and a parking brake P are indicated.
  • In the columns of the circuit diagram is indicated by a circle, which switching elements A, B, C, D, E, F, KO are closed in which gear, or operating mode.
  • the operation of the transmission G is clear.
  • the gear ratios between the drive shaft GW1 and the output shaft GW2 are shown.
  • the operating mode GEN is suitable for stand loading of the motor vehicle when the vehicle is at a standstill.
  • only the seventh switching element KO is closed, wherein a drive unit connected to the connection shaft AN can drive the electric machine EM.
  • no gear is engaged, whereby no power is transmitted to the output shaft GW2.
  • a parking lock P can be realized by closing both of these shift elements.
  • the fifth and sixth switching element F, D are designed so that they safely maintain their switching state in the de-energized state.
  • Fig. 4 shows schematically a transmission G according to a second embodiment of the invention.
  • the main gearset HRS in the form of stipulatenplanetenradsatzes PS on a modified structure.
  • the step planetary gearset PS according to the second embodiment has only a single sun gear, which is referred to as the first sun gear E121.
  • the first sun gear E121 meshes with its toothing with the teeth formed on the smaller effective diameter of the planet gears PL.
  • the stepped planetary gearset PS has, in addition to the first ring gear E321, a second ring gear E322 which meshes with its toothing with the toothing formed on the smaller effective diameter of the planetary gears PL.
  • the first ring gear E321 continues to mesh with the teeth formed on the larger effective diameter of the planet gears PL.
  • the first wave W1 is associated with the first sun gear E121.
  • the second wave W2 is associated with the web E22.
  • the third wave W3 is associated with the second ring gear E322.
  • the fourth wave W4 is associated with the first ring gear E321.
  • the transmission G according to the second embodiment is suitable both for training as a front-longitudinal transmission and for training as a front-transverse transmission, regardless of whether the sixth switching element D is provided or not. Because the switchable connection of second shaft W2 to the housing GG can be arranged starting from the web E22 between the two effective diameters of the planet gears PL. 4, an arrangement with coaxial drive and output is shown by way of example, that is an embodiment as a front-longitudinal transmission.
  • FIG. 5 shows a speed diagram of the second exemplary embodiment of the transmission G, which is essentially identical to the speed diagram of the first exemplary embodiment illustrated in FIG. 2. It should be noted that the representation is for illustrative purposes only and is not to scale.
  • Fig. 6 shows a circuit diagram of the transmission G according to the second embodiment. Except for the different gear ratios, the circuit diagram is identical to the circuit diagram shown in Fig. 3.
  • Fig. 7 shows a hybrid powertrain of a motor vehicle with a transmission G according to the second embodiment.
  • the hybrid powertrain could be implemented with any of the cited embodiments of the transmission G.
  • the hybrid powertrain has an internal combustion engine VKM, which is connected via a torsional vibration damper TS to the connection shaft AN of the transmission G.
  • the connection shaft AN can be connected via the seventh switching element KO to the drive 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 S via an inverter (not shown).
  • the stator S supplies electrical power to the inverter.
  • the transmission G shown in FIG. 7 additionally has a second electric machine EM2 whose rotor is connected in a rotationally fixed manner to the connection shaft AN.
  • the second electric machine EM2 is optionally provided.
  • the second electric machine EM By the second electric machine EM, the internal combustion engine VKM can be started, even if the seventh switching element KO is opened.
  • the seventh switching element KO When the seventh switching element KO is closed, the second electric machine EM2 can also be used to drive the motor vehicle.
  • Such a second electric machine EM2 can be used in any embodiment of the transmission G.
  • the second electric machine EM2 can also be arranged outside the transmission G, for example in the form of a belt starter generator on the internal combustion engine VKM. reference numeral

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Abstract

Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Vorschaltradsatz (VRS), einen Hauptradsatz (HRS) mit insgesamt vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte, vierte Welle bezeichnete Wellen (W1, W2, W3, W4), eine elektrische Maschine (EM) sowie zumindest fünf Schaltelemente (A, B, C, E, F) deren selektives paarweises Schließen zumindest acht schaltbare Vorwärtsgänge (G1-G8) zwischen einer Antriebswelle (GW1) und einer Abtriebswelle (GW2) des Getriebes (G) bewirkt.

Description

GETRIEBE FÜR EIN KRAFTFAHRZEUG UND HYBRIDANTRIEBSSTRANG DAMIT
Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug mit einem Vorschaltradsatz, einem Hauptradsatz, einer Antriebswelle, einer Abtriebswelle und zumindest fünf Schaltelemente. Die Erfindung betrifft ferner einen Hybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug.
Ein Getriebe bezeichnet hier insbesondere ein mehrgängiges Getriebe, bei dem eine Vielzahl von Gängen, also Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle 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.
Ein Automatikgetriebe für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der Offenlegung DE 102 13 820 A1 bekannt. Allerdings weist dieses Automatikgetriebe keine elektrische Maschine auf.
Im Stand der Technik ist es bekannt, ein bestehendes Automatikgetriebe um eine elektrische Maschine zu erweitern, um einen rein elektrischen oder einen hybridischen Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeugs mittels dem Automatikgetriebe zu ermöglichen. Üblicherweise wird ein Rotor der elektrischen Maschine dazu drehfest mit der Antriebswelle verbunden. Der Rotor kann aber auch an einer Welle des Automatikgetriebes angebunden sein, welche weder Eingangs- noch Abtriebswelle ist. Beispielhaft sei hierzu die Offenlegung DE 10 2007 005 438 A1 der Anmelderin genannt. Allerdings kann die elektrische Maschine gemäß der Lehre dieser Offenlegung nicht in allen Gängen dieses Automatikgetriebes Leistung abgeben oder aufnehmen, da sie an derselben Welle angeordnet ist wie eine Bremse des Automatikgetriebes.
Es ist auch bekannt die elektrische Maschine über eine feste Vorübersetzung zur Antriebswelle an ein bestehendes Automatikgetriebe anzubinden. Beispielhaft sei hierzu die Offenlegung DE 10 2008 040 498 A1 der Anmelderin genannt. Darin ist ein Hybridmodul mit einer Übersetzungsstufe vorgesehen, welches dem eigentlichen Automatikgetriebe vorangeschaltet ist. Durch die feste Vorübersetzung kann die elektrische Maschine auf höhere Drehzahlen und geringeres Drehmoment hin ausgelegt werden, wodurch die elektrische Maschine einen geringen Bauraumbedarf aufweist. Jedoch benötigt das Automatikgetriebe gemäß dem Stand der Technik dazu einen zusätzlichen Planetenradsatz, wodurch der Bauaufwand des Automatikgetriebes erhöht wird.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welches eine integrale elektrische Maschine mit Vorübersetzung zur Bereitstellung hybrid-typischer Funktionalitäten in sämtlichen Gängen aufweist ohne den Bauaufwand unnötig zu vergrößern. Darüber hinaus soll das Getriebe eine einfache und kompakte Bauweise aufweisen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 . Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und aus den Figuren.
Das Getriebe weist einen Vorschaltradsatz, einen Hauptradsatz sowie zumindest fünf Schaltelemente auf, deren selektives paarweises Schließen zumindest acht schaltbare Vorwärtsgänge zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle des Getriebes bewirkt.
Der Hauptradsatz weist insgesamt vier Wellen auf, welche in der Reihenfolge deren Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte, vierte Welle bezeichnet sind. Vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichnete Wellen sind dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlen dieser Wellen in der genannten Reihenfolge linear ansteigen, abnehmen oder gleich sind. In anderen Worten ist die Drehzahl der ersten Welle kleiner gleich der Drehzahl der zweiten Welle. Die Drehzahl der zweiten Welle ist wiederum kleiner gleich der Drehzahl der dritten Welle. Die Drehzahl der dritten Welle ist kleiner gleich der Drehzahl der vierten Welle. Diese Reihenfolge ist auch reversibel, sodass die vierte Welle die kleinste Drehzahl aufweist, während die erste Welle eine Drehzahl annimmt die größer oder gleich groß wie die Drehzahl der vierten Welle ist. Zwischen den Drehzahlen aller vier Wellen besteht dabei stets ein linearer Zusammenhang. Die Drehzahl einer oder mehrerer Wellen kann dabei auch negative Werte, oder auch den Wert Null annehmen. Die Drehzahlordnung ist daher stets auf den vorzeichenbehafteten Wert der Drehzahlen zu beziehen, und nicht auf deren Betrag.
Der Vorschaltradsatz ist dazu eingerichtet, eine im Vergleich zur Drehzahl der Antriebswelle erhöhte Drehzahl an einer fünften Welle bereitzustellen. Dabei besteht ein festes Übersetzungsverhältnis zwischen Antriebswelle und fünfter Welle. Dies kann auf verschiedene Weisen erreicht werden, beispielsweise über einen Stirnradtrieb oder einen Planetenradsatz.
Durch Schließen des ersten Schaltelements ist die fünfte Welle mit der vierten Welle des Hauptradsatzes verbindbar. Durch Schließen des zweiten Schaltelements ist die fünfte Welle mit der ersten Welle des Hauptradsatzes verbindbar. Durch Schließen des dritten Schaltelements ist die Antriebswelle mit der ersten Welle des Hauptradsatzes verbindbar. Durch Schließen des vierten Schaltelements ist die Antriebswelle mit der zweiten Welle des Hauptradsatzes verbindbar. Durch Schließen des fünften Schaltelements ist die vierte Welle des Hauptradsatzes drehfest festsetzbar, indem die vierte Welle mit einem Gehäuse oder mit einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes verbunden wird. Die dritte Welle des Hauptradsatzes ist mit der Abtriebswelle des Getriebes ständig verbunden.
Erfindungsgemäß ist ein Rotor einer elektrischen Maschine mit der fünften Welle ständig drehfest verbunden. Durch diese Anbindung dreht der Rotor der elektrischen Maschine in jedem Gang mit einer höheren Drehzahl als die Antriebswelle. Somit kann die elektrische Maschine für höhere Drehzahlen und geringerem Drehmoment ausgelegt werden, wodurch die elektrische Maschine kleiner und kostengünstiger herzustellen ist. Darüber hinaus ist der Vorschaltradsatz an der Bildung der Vorwärtsgänge beteiligt. Es ist also kein zusätzlicher Radsatz zur Bildung der Vorübersetzung für die elektrische Maschine erforderlich. Die fünfte Welle weist zudem in jedem Gang eine Drehzahl auf, was im weiteren Verlauf noch gezeigt wird. Das Ge- triebe ermöglicht daher in jedem Vorwärtsgang sowohl eine Leistungsabgabe als auch eine Leistungsaufnahme mittels der elektrischen Maschine.
Darüber hinaus ist erfindungsgemäß vorgesehen den Hauptradsatz als Stufenplane- tenradsatz auszubilden, an dessen Steg Planetenräder mit zwei unterschiedlich großen Wirkdurchmessern drehbar gelagert sind. Ein Stufenplanetenradsatz mit insgesamt vier Wellen weist dabei entweder zwei Sonnenräder und ein Hohlrad, oder zwei Hohlräder und ein Sonnenrad auf. Die vier Wellen werden dabei durch den Steg und die drei Zentralräder gebildet. Unter Zentralräder sind dabei Hohlräder und Sonnenräder zu verstehen. Ein solcher Stufenplanetenradsatz weist einen besonders kompakten Aufbau auf, und ist daher für ein Getriebe mit integrierter elektrischer Maschine besonders gut geeignet. Denn durch die Aufnahme der elektrischen Maschine in das Getriebe erhöht sich der Bauraumbedarf des Getriebes. Die Ausbildung des Hauptradsatzes als Stufenplanetenradsatz ist dazu geeignet zumindest einen Teil dieses erhöhten Bauraumbedarfs auszugleichen.
Gemäß einer ersten Ausführungsform weist der Stufenplanetenradsatz ein erstes und zweites Sonnenrad sowie ein erstes Hohlrad auf. Das erste Sonnenrad kämmt mit seiner Verzahnung mit der auf dem größeren Wirkdurchmesser der Planetenräder ausgebildeten Verzahnung und bildet einen Bestandteil der ersten Welle des Hauptradsatzes. Das zweite Sonnenrad kämmt mit seiner Verzahnung mit der auf dem kleineren Wirkdurchmesser der Planetenräder ausgebildeten Verzahnung und bildet einen Bestandteil der zweiten Welle des Hauptradsatzes. Der Steg ist Bestandteil der dritten Welle des Hauptradsatzes. Das erste Hohlrad kämmt mit seiner Verzahnung mit der auf dem größeren Wirkdurchmesser der Planetenräder ausgebildeten Verzahnung und bildet einen Bestandteil der vierten Welle des Hauptradsatzes. Diese Ausführungsform ist besonders hinsichtlich der Bauteilbelastung vorteilhaft, da der Steg eine Summenwelle des Stufenplanetenradsatzes bildet.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform weist der Stufenplanetenradsatz ein erstes Sonnenrad sowie ein erstes und zweites Hohlrad auf. Das erste Sonnenrad kämmt mit seiner Verzahnung mit der auf dem kleineren Wirkdurchmesser der Planetenräder ausgebildeten Verzahnung und bildet einen Bestandteil der ersten Welle des Hauptradsatzes. Der Steg ist Bestandteil der zweiten Welle des Hauptradsatzes. Das erste Hohlrad kämmt mit seiner Verzahnung mit der auf dem größeren Wirkdurchmesser der Planetenräder ausgebildeten Verzahnung und bildet einen Bestandteil der vierten Welle des Hauptradsatzes. Das zweite Hohlrad kämmt mit seiner Verzahnung mit der auf dem kleineren Wirkdurchmesser der Planetenräder ausgebildeten Verzahnung und bildet einen Bestandteil der dritten Welle des Hauptradsatzes. Diese Ausführungsform bietet eine erhöhte Flexibilität bei der Anordnung der Abtriebswelle im Verhältnis zur Antriebswelle.
Vorzugsweise ist der Vorschaltradsatz als ein Planetenradsatz ausgebildet, welcher ein erstes Element, ein zweites Element und ein drittes Element aufweist. Das erste Element wird durch ein Sonnenrad des Planetenradsatzes gebildet, und ist ständig drehfest festgesetzt. Ist der Planetenradsatz als ein Minus-Radsatz ausgebildet, so wird das zweite Element durch einen Steg des Planetenradsatzes gebildet, und das dritte Element durch ein Hohlrad des Planetenradsatzes. Ist der Planetenradsatz als ein Plus-Radsatz ausgebildet, so wird das zweite Element durch das Hohlrad des Planetenradsatzes gebildet, und das dritte Element durch den Steg des Planetenradsatzes. Das zweite Element ist mit der Antriebswelle ständig verbunden, während das dritte Element einen Bestandteil der fünften Welle bildet. Durch die Ausbildung des Vorschaltradsatzes als Planetenradsatz ist das Getriebe auch für besonders hohe Leistungen geeignet, da ein vergleichbarer Stirnradtrieb für hohe Leistungen außerordentlich schwer ausfallen würde.
Durch selektives paarweises Betätigen der ersten bis fünften Schaltelemente sind zumindest acht Vorwärtsgänge zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle automatisiert schaltbar. Der erste Vorwärtsgang wird durch Schließen des dritten Schaltelements und des fünften Schaltelements gebildet. Der zweite Vorwärtsgang wird durch Schließen des zweiten Schaltelements und des fünften Schaltelements gebildet. Der dritte Vorwärtsgang wird durch Schließen des vierten Schaltelements und des fünften Schaltelements gebildet. Der vierte Vorwärtsgang wird durch Schließen des zweiten Schaltelements und des vierten Schaltelements gebildet. Der fünfte Vorwärtsgang wird durch Schließen des dritten Schaltelements und des vierten Schaltelements gebildet. Der sechste Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelements und des vierten Schaltelements gebildet. Der siebente Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelements und des dritten Schaltelements gebildet. Der achte Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements gebildet. Durch diese Zuordnung der ersten bis fünften Schaltelemente zu den einzelnen Vorwärtsgängen wird, bei geeigneter Wahl der Standgetriebeübersetzung des Planetenradsätze, eine für die Anwendung im Kraftfahrzeug gut geeignete Übersetzungsreihe erzielt. Zudem weisen zwei benachbarte Gänge stets ein Schaltelement auf, das in beiden diesen Gängen geschlossen ist. Bei einem Schaltvorgang in einen benachbarten Gang muss daher nur ein Schaltelement geöffnet und ein Schaltelement geschlossen werden. Dies vereinfacht den Schaltvorgang und verkürzt die Schaltdauer.
Vorzugsweise ist das fünfte Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet. Formschlüssige Schaltelemente stellen im geschlossenen Zustand die Verbindung durch Formschluss her, und zeichnen sich im geöffneten Zustand durch geringere Schleppverluste als kraftschlüssige Schaltelemente aus. Beispielsweise kann das fünfte Schaltelement als Klauen-Schaltelement ausgeführt sein, welches auch ohne eine Synchronisiereinrichtung ausgebildet sein kann. Durch die im geöffneten Zustand geringen Schleppverluste wird der Wirkungsgrad des Getriebes weiter verbessert, besonders da das fünfte Schaltelement lediglich im ersten bis dritten Vorwärtsgang des Kraftfahrzeugs geschlossen ist. Das fünfte Schaltelement ist daher bei Betrieb des Getriebes im Kraftfahrzeug überwiegend geöffnet. Da das fünfte Schaltelement lediglich im ersten bis dritten Vorwärtsgang geschlossen ist, wird das Schaltelement bei Schaltvorgängen in einen höheren Gang stets geöffnet, aber nicht geschlossen. Ein Öffnen eines Klauen-Schaltelements ist erheblich einfacher als der Schließ-Vorgang, da beim Schließen die Klauen des Klauenschaltelements erst in die dafür vorgesehen Lücken einrücken müssen, während beim Öffnen die Klauen lediglich lastfrei gestellt werden müssen.
Vorzugsweise weist das Getriebe ein sechstes Schaltelement auf. Durch Schließen des sechsten Schaltelements ist die zweite Welle des Hauptradsatzes drehfest festsetzbar, indem die zweite Welle des Hauptradsatzes mit dem Gehäuse oder mit einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes verbunden wird. Das sechste Schaltelement ist dabei in sämtlichen Vorwärtsgängen des Getriebes geöffnet. Durch das sechste Schaltelement wird die Ausbildung von mechanischen Rückwärtsgängen ermöglicht. Dies ist bei dem gegenständlichen Getriebe nur bedingt erforderlich, da ein Rückwärtsgang auch durch Betrieb der elektrischen Maschine entgegen einer Vorzugsdrehrichtung und Einlegen eines der Vorwärtsgänge möglich ist. Steht ein Betrieb der elektrischen Maschine allerdings nicht zur Verfügung, beispielsweise aufgrund mangelnden Energieinhalts eines Energiespeichers, so kann durch das sechste Schaltelement auf einfache Weise zumindest ein mechanischer Rückwärtsgang zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle bereitgestellt werden.
Ein erster Rückwärtsgang ergibt sich durch Schließen des dritten Schaltelements und des sechsten Schaltelements. Alternativ oder ergänzend dazu ergibt sich ein zweiter mechanischer Rückwärtsgang durch Schließen des zweiten Schaltelements und des sechsten Schaltelements. Dabei ist insbesondere der erste Rückwärtsgang vorteilhaft, da im ersten Vorwärtsgang ebenso das dritte Schaltelement geschlossen ist. Dies vereinfacht einen Schaltvorgang zwischen erstem Rückwärtsgang und erstem Vorwärtsgang.
Vorzugsweise ist das sechste Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet. Da ein Betrieb der elektrischen Maschine zu einem überwiegenden Anteil zur Verfügung stehen wird, kann ein Großteil des Rückwärtsgang-Betriebs des Kraftfahrzeugs mittels der elektrischen Maschine abgedeckt werden. Der mechanische erste und/oder zweite Rückwärtsgang ist somit nur in Ausnahmesituationen erforderlich, wodurch eine Lastschaltbarkeit zwischen den Vorwärtsgängen und den mechanischen Rückwärtsgängen nicht zwingend erforderlich ist. Somit führt es zu keiner Einschränkung des Fahrzeug-Fahrbetriebs, wenn das sechste Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ohne Lastschaltbarkeit ausgebildet ist. Zudem verbessert die Ausbildung als formschlüssiges Schaltelement den mechanischen Wirkungsgrad des Getriebes, da das sechste Schaltelement bei Betrieb des Kraftfahrzeugs zu einem überwiegenden Anteil geöffnet ist.
Vorzugsweise ist die Antriebswelle über ein siebentes Schaltelement mit einer Anschlusswelle des Getriebes verbindbar. Die Anschlusswelle dient als Schnittstelle des Getriebes zu einem Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs, beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine. Durch die schaltbare Verbindung zwischen Antriebswelle und Anschlusswelle ist ein Antrieb der Abtriebswelle mittels der elektrischen Maschine ohne Verbindung zum Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs möglich. Das siebente Schaltelement kann sowohl als kraftschlüssiges als auch als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Getriebe eine zweite elektrische Maschine auf, deren Rotor mit der Anschlusswelle ständig drehfest verbunden ist. Derart kann eine mit der Anschlusswelle verbundene Verbrennungskraftmaschine auch bei geöffnetem siebentem Schaltelement gestartet werden, ohne auf den Antrieb des Kraftfahrzeugs zurückzuwirken.
Das Getriebe kann Bestandteil eines Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sein. Der Hybridantriebsstrang weist neben dem Getriebe auch eine Verbrennungskraftmaschine auf, welche mit der Anschlusswelle des Getriebes verbunden ist, vorzugsweise drehelastisch verbunden durch Vorsehen eines Torsionsschwingungs- dämpfers. Die Abtriebswelle des Getriebes ist mit einem Achsgetriebe verbunden, welches mit Rädern des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Der Hybridantriebsstrang ermöglicht mehrere Antriebsmodi des Kraftfahrzeugs. In einem elektrischen Fahrbetrieb wird das Kraftfahrzeug von der elektrischen Maschine des Getriebes angetrieben, wobei das siebente Schaltelement geöffnet ist. In einem verbrennungsmotorischen Betrieb wird das Kraftfahrzeug von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben, wobei das siebente Schaltelement geschlossen ist. In einem hybridischen Betrieb wird das Kraftfahrzeug sowohl von der Verbrennungskraftmaschine als auch von der elektrischen Maschine des Getriebes angetrieben.
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.
Eine elektrische Maschine besteht zumindest aus einem drehfesten Stator und einem drehbar gelagerten Rotor und ist in einem motorischen Betrieb dazu eingerichtet, elektrische Energie in mechanische Energie in Form von Drehzahl und Drehmoment zu wandeln, sowie in einem generatorischen Betrieb mechanische Energie in elektrische Energie in Form von Strom und Spannung zu wandeln.
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.
Eine ständige Verbindung wird als Verbindung zwischen zwei Elementen bezeichnet, die stets besteht. Derart ständig verbundene Elemente drehen stets mit der gleichen Abhängigkeit zwischen deren Drehzahlen. In einer ständigen Verbindung zwischen zwei Elementen kann sich kein Schaltelement befinden. Eine ständige Verbindung ist daher von einer schaltbaren Verbindung zu unterscheiden.
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 einen Drehzahlplan des Getriebes gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Fig. 3 zeigt ein Schaltschema des Getriebes gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Fig. 4 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 5 zeigt einen Drehzahlplan des Getriebes gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Fig. 6 zeigt ein Schaltschema des Getriebes gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Fig. 7 zeigt einen Hybridantriebstrang eines Kraftfahrzeugs.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Getriebe G für ein Kraftfahrzeug entsprechend eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Das Getriebe G weist eine Antriebswelle GW1 , eine Abtriebswelle GW2, einen als Planetenradsatz P1 ausgebildeten Vor- schaltradsatz VRS, einen als Stufenplanetenradsatz PS ausgebildeten Hauptradsatz HRS, fünf Schaltelemente A, B, C, E, F sowie eine elektrische Maschine EM mit einem drehfesten Stator S und einem drehbaren Rotor R auf. Optional kann das Getriebe G auch ein sechstes Schaltelement D aufweisen.
Der Planetenradsatz P1 ist als Minus-Radsatz ausgebildet, und weist ein erstes Element E1 1 , ein zweites Element E21 und ein drittes Element E31 auf. Das erste Element E1 1 ist einem Sonnenrad des Planetenradsatzes P1 zugeordnet, und ist ständig drehfest festgesetzt indem das Sonnenrad mit einem Gehäuse GG oder mit ei- nem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes G verbunden ist. Das zweite Element E21 ist einem Steg des Planetenradsatzes P1 zugeordnet, und ist mit der Antriebswelle GW1 ständig verbunden. Das dritte Element E31 ist einem Hohlrad des Planetenradsatzes P1 zugeordnet, und ist mit dem Rotor R der elektrischen Maschine EM verbunden. Rotor R und drittes Element E31 sind Bestandteil einer fünften Welle W5.
Der Stufenplanetenradsatz PS umfasst Planetenräder PL, welche zwei unterschiedliche große Wirkdurchmesser aufweisen. Ein erstes Sonnenrad E121 kämmt mit seiner Verzahnung mit der auf dem größeren Wirkdurchmesser der Planetenräder PL ausgebildeten Verzahnung. Ein zweites Sonnenrad E122 kämmt mit seiner Verzahnung mit der auf dem kleineren Wirkdurchmesser der Planetenräder PL ausgebildeten Verzahnung. Die Planetenräder PL sind an einem Steg E22 drehbar gelagert. Ein erstes Hohlrad E321 kämmt mit seiner Verzahnung mit der auf dem größeren Wirkdurchmesser der Planetenräder PL ausgebildeten Verzahnung. Der Stufenplanetenradsatz PS bildet den Hauptradsatz HRS mit seinen insgesamt vier Wellen W1 , W2, W3, W4. Die erste Welle W1 ist dem ersten Sonnenrad E121 zugeordnet. Die zweite Welle W2 ist dem zweiten Sonnenrad E122 zugeordnet. Die dritte Welle W3 ist dem Steg E22 zugeordnet. Die vierte Welle W4 ist dem ersten Hohlrad E321 zugeordnet. Durch diese Zuordnung der vier Wellen W1 , W2, W3, W4 zu den Elementen des Stu- fenplanetenradsatzes PS entspricht die Reihenfolge erste Welle W1 , zweite Welle W2, dritte Welle W3 und vierte Welle W4 deren Drehzahlordnung.
Die erste Welle W1 ist über das zweite Schaltelement B mit der fünften Welle W5 und über das dritte Schaltelement C mit der Antriebswelle GW1 verbindbar. Die zweite Welle W2 ist über das vierte Schaltelement E mit der Antriebswelle GW1 verbindbar. Über das optional vorgesehene sechste Schaltelement D ist die zweite Welle W2 drehfest festsetzbar. Die dritte Welle W3 ist ständig mit der Abtriebswelle GW2 verbunden. Die vierte Welle W4 ist über das erste Schaltelement A mit der fünften Welle W5 verbindbar, und über das fünfte Schaltelement F drehfest festsetzbar. Die Antriebswelle GW1 kann über ein nicht dargestelltes siebentes Schaltelement K0 mit einer nicht dargestellten Anschlusswelle AN verbindbar sein. Die Schaltelemente A, B, C, D, E, F sind schematisch in Form von kraftschlüssigen Lamellenschaltelementen dargestellt. Dies ist jedoch nicht limitierend anzusehen. Eine Auswahl der Schaltelemente A, B, C, D, E, F kann auch als Klauenschaltelemente ausgebildet sein, insbesondere das fünfte Schaltelement F und das sechste Schaltelement D. Dies gilt für sämtliche Ausführungsbeispiele.
Umfasst das Getriebe G das sechste Schaltelement D, so ist das Getriebe G gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel als sogenanntes Front-Quer-Getriebe ausgebildet. Dazu ist an der Abtriebswelle GW2 eine Verzahnung ausgebildet, welche mit der Verzahnung einer achsparallel zur Abtriebswelle GW2 angeordneten, nicht dargestellten Welle kämmt. Über diese Welle kann die Leistung der Abtriebswelle GW2 auf Räder DW eines Kraftfahrzeugs übertragen werden. Umfasst das Getriebe G gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel das sechste Schaltelement D nicht, so kann das Getriebe G sowohl als Front-Quer-Getriebe als auch als ein sogenanntes Front- Längs-Getriebe ausgebildet sein. Bei einem Front-Längs-Getriebe befinden sich die Schnittstellen von Antriebswelle GW1 und Abtriebswelle GW2 an gegenüberliegenden Enden des Getriebes G, und sind koaxial zueinander angeordnet.
Fig. 2 zeigt einen Drehzahlplan des ersten Ausführungsbeispiels des Getriebes G. Darin sind in vertikaler Richtung die Drehzahlen der vier Wellen W1 , W2, W3, W4 des Hauptradsatzes HRS im Verhältnis zur Drehzahl n der Antriebswelle GW1 aufgetragen. Die maximal auftretende Drehzahl n der Antriebswelle GW1 ist auf den Wert Eins normiert. Die Drehzahl n-W5 der Welle W5 ist dabei stets höher als die Drehzahl n der Antriebswelle GW1 . Die Abstände zwischen den vier Wellen W1 , W2, W3, W4 des Hauptradsatzes HRS ergeben sich durch die Standgetriebeübersetzungen des Stufenplanetenradsatzes PS. Die Darstellung dient nur zur Anschauung und ist nicht maßstäblich. Zu einem bestimmten Betriebspunkt gehörende Drehzahlverhältnisse lassen sich durch eine Gerade verbinden. An der dritten Welle W3 ist die Drehzahl n-Ab der Abtriebswelle GW2 abzulesen.
Aus dem in Fig. 2 dargestellten Drehzahlplan wird deutlich, dass die Antriebswelle GW1 und damit auch die fünfte Welle W5 in jedem Gang eine Drehzahl aufweisen welche unterschiedlich von Null ist. Daher ist in jedenn Gang eine Leistungsaufnahme oder eine Leistungsabgabe mittels der elektrischen Maschine EM möglich.
Fig. 3 zeigt ein Schaltschema des Getriebes G gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. In den Zeilen des Schaltschemas sind acht Vorwärtsgänge G1 bis G8 sowie ein erster und ein zweiter Rückwärtsgang R1 , R2, ein Betriebsmodus GEN zum Standladen sowie eine Parksperre P angegeben. In den Spalten des Schaltschemas ist durch einen Kreis angegeben, welche Schaltelemente A, B, C, D, E, F, KO in welchem Gang, bzw. Betriebsmodus geschlossen sind. Durch das Schaltschema in Fig. 3 und den Drehzahlplan in Fig. 2 wird die Funktionsweise des Getriebes G deutlich. In der oberen Hälfte des Schaltschemas sind die Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2 dargestellt. In der unteren Hälfte des Schaltschemas sind die Übersetzungsverhältnisse zwischen der fünften Welle W5 und der Abtriebswelle GW2 dargestellt. Derartige Übersetzungsreihen sind für die Anwendung des Getriebes G im Kraftfahrzeug-Antriebsstrang gut geeignet. Die konkreten Übersetzungsverhältnisse ergeben sich aus den Standgetriebeübersetzungen des Planetenradsatzes P1 und des Stufenplanetenradsatzes PS.
Der Betriebsmodus GEN eignet sich zum Standladen des Kraftfahrzeugs im Fahrzeugstillstand. Dabei ist lediglich das siebente Schaltelement KO geschlossen, wobei ein mit der Anschlusswelle AN verbundenes Antriebsaggregat die elektrische Maschine EM antreiben kann. Dabei ist kein Gang eingelegt, wodurch keine Leistung zur Abtriebswelle GW2 übertragen wird.
Sind sowohl das fünfte Schaltelement F als auch das sechste Schaltelement D als formschlüssige Klauenschaltelemente ausgebildet, kann durch Schließen beider dieser Schaltelemente eine Parksperre P realisiert werden. Denn durch drehfestes Festsetzen zweier Wellen des Hauptradsatzes HRS, in diesem Fall das Festsetzen der zweiten Welle W2 und der vierten Welle W4, ist auch die Abtriebswelle W3 drehfestgesetzt. Vorzugsweise sind dabei das fünfte und sechste Schaltelement F, D so ausgebildet, dass diese im energielosen Zustand ihren Schaltzustand sicher beibehalten. Fig. 4 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist der Hauptradsatz HRS in Form des Stufenplanetenradsatzes PS einen geänderten Aufbau auf. Der Stufenplanetenradsatz PS gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist nur ein einziges Sonnenrad auf, welches als das erste Sonnenrad E121 bezeichnet ist. Das erste Sonnenrad E121 kämmt mit seiner Verzahnung mit der auf dem kleineren Wirkdurchmesser der Planetenräder PL ausgebildeten Verzahnung. Dafür weist der Stufenplanetenradsatz PS zusätzlich zum ersten Hohlrad E321 ein zweites Hohlrad E322 auf, welches mit seiner Verzahnung mit der auf dem kleineren Wirkdurchmesser der Planetenräder PL ausgebildeten Verzahnung kämmt. Das erste Hohlrad E321 kämmt weiterhin mit der auf dem größeren Wirkdurchmesser der Planetenräder PL ausgebildeten Verzahnung.
Durch diesen geänderten Aufbau des Stufenplanetenradsatzes PS ändert sich auch die Zuordnung der Wellen W1 , W2, W3, W4 zu den Elementen des Stufenplanetenradsatzes PS. Die erste Welle W1 ist dem ersten Sonnenrad E121 zugeordnet. Die zweite Welle W2 ist dem Steg E22 zugeordnet. Die dritte Welle W3 ist dem zweiten Hohlrad E322 zugeordnet. Die vierte Welle W4 ist dem ersten Hohlrad E321 zugeordnet.
Das Getriebe G gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eignet sich sowohl zur Ausbildung als Front-Längs-Getriebe als auch zur Ausbildung als Front-Quer- Getriebe, unabhängig davon ob das sechste Schaltelement D vorgesehen ist oder nicht. Denn die schaltbare Anbindung von zweiter Welle W2 an das Gehäuse GG kann ausgehend vom Steg E22 zwischen den beiden Wirkdurchmessern der Planetenräder PL angeordnet sein. In Fig. 4 ist beispielhaft eine Anordnung mit koaxialem Antrieb und Abtrieb dargestellt, also eine Ausbildung als Front-Längs-Getriebe.
Fig. 5 zeigt einen Drehzahlplan des zweiten Ausführungsbeispiels des Getriebes G, welcher im Wesentlichen ident zu dem Fig. 2 dargestellten Drehzahlplan des ersten Ausführungsbeispiels ist. Dabei ist zu beachten, dass die Darstellung nur zur Anschauung dient und nicht maßstäblich ist. Fig. 6 zeigt ein Schaltschema des Getriebes G gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Bis auf die unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse ist das Schaltschema ident zu dem in Fig. 3 dargestellten Schaltschema.
Fig. 7 zeigt einen Hybridantriebstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem Getriebe G gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Dies ist lediglich beispielhaft anzusehen. Der Hybridantriebsstrang könnte mit jedem der angeführten Ausführungsbeispiele des Getriebes G ausgeführt sein. Der Hybridantriebsstrang weist eine Verbrennungskraftmaschine VKM auf, die über einen Torsionsschwingungsdämpfer TS mit der Anschlusswelle AN des Getriebes G verbunden ist. Die Anschlusswelle AN ist über das siebente Schaltelement KO mit der Antriebswelle GW1 des Getriebes G verbindbar. Die Abtriebswelle GW2 ist mit einem Achsgetriebe AG antriebswirkver- bunden. Vom Achsgetriebe AG ausgehend wird die Leistung, die an der Abtriebswelle GW2 anliegt, auf Räder DW des Kraftfahrzeugs verteilt. Im motorischen Betrieb der elektrischen Maschine EM wird dem Stator S über einen nicht dargestellten Wechselrichter elektrische Leistung zugeführt. Im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine EM führt der Stator S dem Wechselrichter elektrische Leistung zu.
Das in Fig. 7 dargestellte Getriebe G weist zusätzlich eine zweite elektrische Maschine EM2 auf, deren Rotor drehfest mit der Anschlusswelle AN verbunden ist. Die zweite elektrische Maschine EM2 ist optional vorgesehen. Durch die zweite elektrische Maschine EM kann die Verbrennungskraftmaschine VKM gestartet werden, auch wenn das siebente Schaltelement KO geöffnet ist. Bei geschlossenem siebentem Schaltelement KO kann die zweite elektrische Maschine EM2 auch zum Antrieb des Kraftfahrzeugs betragen. Eine solche zweite elektrische Maschine EM2 kann bei jedem Ausführungsbeispiel des Getriebes G verwendet werden. Die zweite elektrische Maschine EM2 kann auch außerhalb des Getriebes G angeordnet sein, beispielsweise in Form eines Riemen-Startergenerators an der Verbrennungskraftmaschine VKM. Bezugszeichen
G Getriebe
GW1 Antriebswelle
GW2 Abtriebswelle
AN Anschlusswelle
GG Gehäuse
EM Elektrische Maschine
S Stator
R Rotor
VRS Vorschaltradsatz
HRS Hauptradsatz
W1 Erste Welle
W2 Zweite Welle
W3 Dritte Welle
W4 Vierte Welle
W5 Fünfte Welle
n Drehzahl der Antriebswelle
n-Ab Drehzahl der Abtriebswelle
n-W5 Drehzahl der fünften Welle
P1 Planetenradsatz
E1 1 Erstes Element des Planetenradsatzes
E21 Zweites Element des Planetenradsatzes
E31 Drittes Element des Planetenradsatzes
PS Stufenplanetenradsatz
E121 Erstes Sonnenrad des Stufenplanetenradsatzes
E122 Zweites Sonnenrad des Stufenplanetenradsatzes
E22 Steg des Stufenplanetenradsatzes
PL Planetenräder des Stufenplanetenradsatzes
E321 Erstes Hohlrad des Stufenplanetenradsatzes
E322 Zweites Hohlrad des Stufenplanetenradsatzes
A Erstes Schaltelement
B Zweites Schaltelement c Drittes Schaltelement
E Viertes Schaltelement
F Fünftes Schaltelement
D Sechstes Schaltelement
K0 Siebentes Schaltelement
G1 -G8 Erster bis achter Vorwärtsgang
R1 Erster Rückwärtsgang
R2 Zweiter Rückwärtsgang
GEN Betriebsmodus
P Parksperre
VKM Verbrennungskraftmaschine
DW Räder
AG Achsgetriebe
TS Torsionsschwingungsdämpfer
EM2 Zweite elektrische Maschine

Claims

Patentansprüche
1 . Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Vorschaltradsatz (VRS), einen Hauptradsatz (HRS) mit insgesamt vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte, vierte Welle bezeichnete Wellen (W1 , W2, W3, W4), sowie ein erstes, zweites, drittes, viertes und fünftes Schaltelement (A, B, C, E, F) deren selektives paarweises Schließen zumindest acht schaltbare Vorwärtsgänge (G1 -G8) zwischen einer Antriebswelle (GW1 ) und einer Abtriebswelle (GW2) des Getriebes (G) bewirkt,
- wobei der Vorschaltradsatz (VRS) dazu eingerichtet ist an einer fünften Welle (W5) eine im Vergleich zur Drehzahl der Antriebswelle (GW1 ) erhöhte Drehzahl in Form einer festen Übersetzung zur Antriebswelle (GW1 ) bereitzustellen,
- wobei durch Schließen des ersten Schaltelements (A) die fünfte Welle (W5) mit der vierten Welle (W4) verbindbar ist,
- wobei durch Schließen des zweiten Schaltelements (B) die fünfte Welle (W5) mit der ersten Welle (W1 ) verbindbar ist,
- wobei durch Schließen des dritten Schaltelements (C) die Antriebswelle (GW1 ) mit der ersten Welle (W1 ) verbindbar ist,
- wobei durch Schließen des vierten Schaltelements (E) die Antriebswelle (GW1 ) mit der zweiten Welle (W2) verbindbar ist,
- wobei durch Schließen des fünften Schaltelements (F) die vierte Welle (W4) drehfest festsetzbar ist,
- wobei die dritte Welle (W3) mit der Abtriebswelle (GW2) ständig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Hauptradsatz (HRS) als Stufenplanetenradsatz (PS) ausgebildet ist, an dessen Steg (E22) Planetenräder (PL) mit zwei unterschiedlich großen Wirkdurchmessern drehbar gelagert sind, und dass
- das Getriebe (G) eine elektrische Maschine (EM) mit einem drehfesten Stator (S) und einem drehbaren Rotor (R) aufweist, wobei der Rotor (R) mit der fünften Welle (W5) ständig drehfest verbunden ist.
2. Getriebe (G) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Stufenplanetenradsatz (PS) ein erstes und ein zweites Sonnenrad (E121 , E122) sowie ein erstes Hohlrad (E321 ) aufweist, - wobei das erste Sonnenrad (E121 ) mit dem größeren Wirkdurchmesser der Planetenräder (PL) kämmt und einen Bestandteil der ersten Welle (W1 ) bildet,
- wobei das zweite Sonnenrad (E122) mit dem kleineren Wirkdurchmesser der Planetenräder (PL) kämmt und einen Bestandteil der zweiten Welle (W2) bildet,
- wobei der Steg (E22) einen Bestandteil der dritten Welle (W3) bildet, und
- wobei das erste Hohlrad (E321 ) mit dem größeren Wirkdurchmesser der Planetenräder (PL) kämmt und einen Bestandteil der vierten Welle (W4) bildet.
3. Getriebe (G) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Stufenplaneten- radsatz (PS) ein erstes Sonnenrad (E121 ) sowie ein erstes und zweites Hohlrad (E321 , E322) aufweist,
- wobei das erste Sonnenrad (E121 ) mit dem kleineren Wirkdurchmesser der Planetenräder (PL) kämmt und einen Bestandteil der ersten Welle (W1 ) bildet,
- wobei der Steg (E22) einen Bestandteil der zweiten Welle (W2) bildet,
- wobei das erste Hohlrad (E321 ) mit dem größeren Wirkdurchmesser der Planetenräder (PL) kämmt und einen Bestandteil der vierten Welle (W4) bildet, und
- wobei das zweite Hohlrad (E322) mit dem kleineren Wirkdurchmesser der Planetenräder (PL) kämmt und einen Bestandteil der dritten Welle (W3) bildet.
4. Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschaltradsatz (VRS) als ein Planetenradsatz (P1 ) ausgebildet ist, wobei der Planetenradsatz (P1 ) ein erstes Element (E1 1 ) ein zweites Element (E21 ) und ein drittes Element (E31 ) aufweist, wobei das erste Element (E1 1 ) durch ein Sonnenrad des Planetenradsatzes (P1 ) gebildet ist, wobei das zweite Element (E21 ) im Falle eines Minus-Radsatzes durch einen Steg und im Falle eines Plus-Radsatzes durch ein Hohlrad des Planetenradsatzes (P1 ) gebildet ist, wobei das dritte Element (E31 ) im Falle eines Minus-Radsatzes durch das Hohlrad und im Falle eines Plus- Radsatzes durch den Steg des Planetenradsatzes (P1 ) gebildet ist,
wobei das erste Element (E1 1 ) ständig drehfest festgesetzt ist, wobei das zweite Element (E21 ) mit der Antriebswelle (GW1 ) verbunden ist und wobei das dritte Element (E31 ) einen Bestandteil der fünften Welle (W5) bildet.
5. Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich
- der erste Vorwärtsgang (G1 ) durch Schließen des dritten Schaltelements (C) und des fünften Schaltelements (F),
- der zweite Vorwärtsgang (G2) durch Schließen des zweiten Schaltelements (B) und des fünften Schaltelements (F),
- der dritte Vorwärtsgang (G3) durch Schließen des vierten Schaltelements (E) und des fünften Schaltelements (F),
- der vierte Vorwärtsgang (G4) durch Schließen des zweiten Schaltelements (B) und des vierten Schaltelements (E),
- der fünfte Vorwärtsgang (G5) durch Schließen des dritten Schaltelements (C) und des vierten Schaltelements (E),
- der sechste Vorwärtsgang (G6) durch Schließen des ersten Schaltelements (A), des vierten Schaltelements (E),
- der siebente Vorwärtsgang (G7) durch Schließen des ersten Schaltelements (A) und des dritten Schaltelements (C), und
- der achte Vorwärtsgang (G8) durch Schließen des ersten Schaltelements (A) und des zweiten Schaltelements (B) ergibt.
6. Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das fünfte Schaltelement (F) als formschlüssiges Schaltelement, insbesondere als Klauenschaltelement ausgebildet ist.
7. Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) ein sechstes Schaltelement (D) aufweist, wobei durch Schließen des sechsten Schaltelements (D) die zweite Welle (W2) drehfest festsetzbar ist, wobei das sechste Schaltelement (D) in sämtlichen Vorwärtsgängen (G1 -G8) geöffnet ist.
8. Getriebe (G) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein erster Rückwärtsgang (R1 ) durch Schließen des dritten Schaltelements (C) und des sechsten Schaltelements (D) ergibt.
9. Getriebe (G) nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein zweiter Rückwärtsgang (R2) durch Schließen des zweiten Schaltelements (B) und des sechsten Schaltelements (D) ergibt.
10. Getriebe (G) nach Anspruch 7 unter Rückbezug auf Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das sechste Schaltelement (D) als formschlüssiges Schaltelement, insbesondere als Klauenschaltelement ausgebildet ist, wobei eine Parksperre (P) des Getriebes (G) durch Schließen des fünften und sechsten Schaltelements (F, D) ausbildbar ist.
1 1 . Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) eine Anschlusswelle (AN) aufweist, welche über ein siebentes Schaltelement (K0) mit der Antriebswelle (GW1 ) verbindbar ist.
12. Getriebe (G) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) eine zweite elektrische Maschine (EM2) aufweist, deren Rotor mit der Anschlusswelle (AN) ständig drehfest verbunden ist.
13. Hybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
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