WO2016184628A1 - Getriebe für ein kraftfahrzeug und hybridantriebsstrang damit - Google Patents

Getriebe für ein kraftfahrzeug und hybridantriebsstrang damit Download PDF

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WO2016184628A1
WO2016184628A1 PCT/EP2016/058592 EP2016058592W WO2016184628A1 WO 2016184628 A1 WO2016184628 A1 WO 2016184628A1 EP 2016058592 W EP2016058592 W EP 2016058592W WO 2016184628 A1 WO2016184628 A1 WO 2016184628A1
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planetary gear
gear set
switching element
transmission
closing
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PCT/EP2016/058592
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English (en)
French (fr)
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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
Peter Ziemer
Uwe Griesmeier
Raffael Kuberczyk
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Zf Friedrichshafen Ag
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Definitions

  • the invention relates to a transmission for a motor vehicle with an input shaft, an output shaft, three planetary gear sets and at least five switching 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 adapt the speed and torque output characteristics of the drive unit to the driving resistance of the vehicle in a suitable manner.
  • the transmission should have a simple, compact design and high mechanical efficiency.
  • the transmission has three planetary gear sets and at least five shift elements, the selective engagement of which effect at least eight shiftable forward gears between an input shaft and an output shaft 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 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 Ver- 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.
  • the first, second and third planetary gear each have a first, second and third element.
  • the first element is formed by a sun gear of the respective planetary gear set. If the planetary gear set is designed as a minus wheel set, then 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. If the planetary gear set is designed as a plus-wheel set, then 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 first element of the first planetary gear set is permanently fixed against rotation.
  • the second element of the first planetary gear set is permanently connected to the input shaft.
  • the second element of the second planetary gear set is constantly connected to the output shaft.
  • the third element of the second planetary gear set is rotatably fixable by the third element of the second planetary gear set is rotatably connected to a housing of the transmission or with another non-rotatable component of the transmission.
  • a rotationally fixed connection between the third element of the first planetary gear set and the first element of the second planetary gear set is produced.
  • a rotationally fixed connection between the third element of the first planetary gear set and the third element of the second planetary gear set is produced.
  • the third planetary gear has, in addition to the connection of the second element to the input shaft on a first and second coupling.
  • the first coupling exists between the first element of the third planetary gear set and the first element ment of the second planetary gear set.
  • the second coupling is between the third element of the third planetary gear set and the output shaft.
  • the second element of the third planetary gear set is permanently connected to the input shaft.
  • One of the two couplings is designed as a permanent non-rotatable connection, the remaining coupling is formed as a switchable connection.
  • the switching element in the switchable connection is the third switching element.
  • the first coupling is formed as a permanently rotationally fixed connection
  • a non-rotatable connection between two of the three elements of the third planetary gear set is made by closing the second switching element, that is two of the elements sun gear, web and ring gear of the third planetary gear set.
  • the second coupling is designed as a permanently rotationally fixed connection
  • a rotationally fixed connection between the input shaft and the first element of the second planetary gear set is made by closing the second switching element.
  • the third element of the first planetary gear set is permanently rotatably connected to a rotor of an electric machine.
  • the first element of the first planetary gear set is fixed constantly rotatably and the second element of the first planetary gear set is constantly connected to the input shaft, there is a gear independent fixed ratio between the input shaft and the third element of the first planetary gear set.
  • the rotor of the electric machine rotates in each gear at a higher speed than the input shaft.
  • the electric machine can be designed for higher speeds and lower torque, whereby the electric machine is smaller and cheaper to manufacture.
  • the first planetary gear is involved in the formation of the gears. So there is no additional planetary gear set to form the pre-translation for the electric machine required.
  • the third Element of the first planetary gear also has a speed in each gear. The gearbox therefore allows in each gear both a power output and a power consumption by means of the electric machine.
  • the first forward speed is formed by closing the first switching element and the second switching element.
  • the second forward speed is formed by closing the first switching element and the fourth switching element.
  • the third forward speed is formed by closing the first switching element and the third switching element.
  • the fourth forward speed is formed by closing the third switching element and the fourth switching element.
  • the fifth forward speed is formed by closing the second switching element and the third switching element.
  • the sixth forward speed is formed by closing the third switching element and the fifth switching element.
  • the seventh forward speed is formed by closing the second switching element and the fifth switching element.
  • the eighth forward speed is formed by closing the fourth switching element and the fifth switching element.
  • the first 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 first switching element may be designed as a claw-switching element, which may be formed without a synchronizer. Due to the low drag losses in the opened state, the efficiency of the transmission is further improved. improves, especially since the first switching element is closed only in the first to third forward gear of the motor vehicle. The first switching element is therefore predominantly open during operation of the transmission in the motor vehicle. Since the first switching element is closed only in the first to third forward gear, the
  • Shift element always open when switching 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. Both processes require time, with the switching time for driving dynamic reasons should be as short as possible, especially when switching from a low gear to a higher gear. However, since the first switching element in switching operations in a higher gear never closed, but only needs to be opened, there is no restriction on the switching duration by the formation of the first switching element as a form-locking switching element.
  • the transmission has at one axial end a connecting shaft, which is connectable via a sixth switching element with the input shaft.
  • a connecting shaft By the sixth switching element connected to the connecting shaft drive unit can be decoupled from the drive shaft of the transmission, for example, when the motor vehicle is driven purely by the electric machine of the transmission.
  • Connecting shaft and output shaft are coaxial with each other and arranged at opposite ends of the transmission.
  • the transmission is thus designed as a "front-longitudinal transmission" for a motor vehicle Starting from the axial end of the transmission to which the connection shaft is assigned, the planetary gear sets are arranged in the following axial sequence: first planetary gearset, second planetary gearset, third planetary gearset enables a compact construction of the gearbox.
  • the transmission also has the sixth switching element, via which the input shaft can be connected to the connection shaft, wherein, starting from the connecting shaft associated axial end of the transmission, the planetary gear sets arranged in the following axial order are: third planetary gear set, second planetary gear set, first planetary gear set.
  • This embodiment is particularly suitable for a "front-transverse transmission" for a motor vehicle, wherein the output shaft has a toothing which meshes with a toothing of a shaft that is parallel to the axis of the input shaft.Through this axis-parallel shaft, the power of the output shaft is transmitted to the wheels of the motor vehicle ,
  • the sixth switching element is designed as a form-locking switching element.
  • the efficiency of the transmission can be improved because the sixth switching element in the open state generates significantly lower drag losses than a non-positive switching element, such as a multi-plate clutch.
  • the sixth switching element is designed as a non-positive switching element with variable torque transmission capability, for example as a dry or wet multi-plate clutch.
  • a multi-plate clutch consists of an inner disk carrier and an outer disk carrier, wherein a plurality of inner disks is connected to the inner disk carrier, and a plurality of outer disks is connected to the outer disk carrier.
  • the inner plates and outer plates are arranged alternately and overlap each other. If a force is applied to the lamellae as normal to the lamella surface of the lamellae, a torque is transferred from one lamella carrier to the other lamella carrier by friction between inner lamellae and outer lamellae. The torque transmitted from one disk carrier to the other disk carrier depends on the applied force.
  • the torque transmitting capability of the sixth switching element is adjustable.
  • the first coupling is designed as a permanently non-rotatable connection and by closing the second switching element, the first element of the third planetary gear set is connectable to the second element of the third planetary gear set, the second switching element is preferably at least partially radially within the fourth switching element arranged. This results in an axially particularly compact gear.
  • the second element of the third planetary gear set is connectable to the third element of the third planetary gear set
  • the second switching element is preferably axially spaced between the third Planetary gear and the output shaft facing axial end of the transmission arranged.
  • the first coupling is formed as a permanently non-rotatable connection and by closing the second switching element, the first element of the third planetary gear set is connectable to the third element of the third planetary gear set, the second switching element is preferably axially in space between the second Planetary gear and the third planetary gear arranged.
  • the second switching element is preferably arranged at least partially radially within the fourth switching element. This results in an axially particularly compact gear.
  • the transmission may be part of a hybrid powertrain of a motor vehicle.
  • the hybrid powertrain has in addition to the transmission on an internal combustion engine, which is connected to the connecting shaft of the transmission.
  • the Output shaft of the transmission is connected to an output, 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 sixth switching element is opened. In an internal combustion engine operation, the motor vehicle is driven by the internal combustion engine, wherein the sixth 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.
  • the transmission allows a variety of ways to provide a starting function of the motor vehicle.
  • the sixth switching element can serve as a starting element.
  • the electric machine can provide the starting function from its zero speed when the forward gear is engaged.
  • 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 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 schematically a transmission according to a second embodiment of the invention.
  • Fig. 3 shows schematically a transmission according to a third embodiment of the invention.
  • Fig. 4 shows schematically a transmission according to a fourth embodiment of the invention.
  • Fig. 5 shows schematically a transmission according to a fifth embodiment of the invention.
  • Fig. 6 shows schematically a transmission according to a sixth embodiment of the invention.
  • Fig. 7 shows schematically a transmission according to a seventh embodiment of the invention.
  • Fig. 8 shows schematically a transmission according to an eighth embodiment of the invention.
  • Fig. 9 shows a circuit diagram of the transmission.
  • Fig. 10 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 has an input shaft GW1, an output shaft GW2, a first planetary gear set P1, a second planetary gear set P2, a third planetary gear set P3, and an electric machine EM including a stator S and a rotor R.
  • First, second and third Planetary gear set P1, P2, P3 are formed as minus wheelsets, and each have a first element E1 1, E12, E13 a second element E21, E22, E23 and a third element E31, E32, E33.
  • the first element E1 1, E12, E13 is associated with a sun gear of the respective planetary gear set P1, P2, P3.
  • the second element E21, E22, E23 is associated with a web of the respective planetary gear set P1, P2, P3.
  • the third element E31, E32, E33 is associated with a ring gear of the respective planetary gear set P1,
  • the first element E1 1 of the first planetary gear P1 is permanently fixed rotationally fixed by being connected to a housing GG or with another non-rotatable component.
  • the second element E21 of the first planetary gear set P1 and the second element E23 of the third planetary gear set P3 are permanently connected to the input shaft GW1.
  • the first element E12 of the second planetary gear set P2 is continuously connected to the first element E13 of the third planetary gear set P3, whereby a first coupling V1 is formed which is designed as a permanently rotationally fixed connection.
  • the second element E22 of the second planetary gear set P2 is permanently connected to the output shaft GW2.
  • the third element E33 of the third planetary gear set P3 is connected via a second coupling V2 with the output shaft GW2, wherein in this second coupling V2, the third switching element K2 is arranged.
  • the third element E31 of the first planetary gear P1 is permanently connected to the rotor R of the electric machine EM.
  • the transmission G also has five switching elements.
  • the third element E32 of the second planetary gear set P2 can be fixed in a rotationally fixed manner.
  • the input shaft GW1 can be connected to the first element E12 of the second planetary gear set P2. Since the first element E12 of the second planetary gear set P2 is constantly connected to the first element E13 of the third planetary gear set P3, and the input shaft GW1 is continuously connected to the second element E23 of the third planetary gear set P3, closing of the second switching element K1 becomes the first element E13 of the third planetary gear set P3 is connected to the second element E23 of the third planetary gear set P3.
  • the third switching element K2 By closing the third switching element K2 in the second coupling V2, the third element E33 of the third planetary gear set P3 can be connected to the output shaft GW2.
  • the fourth switching element K3 By closing the fourth switching element K3, the third element E31 of the first planetary gear set P1 can be connected to the first element E12 of the second planetary gear set P2.
  • the fifth switching element K4 By closing the fifth switching element K4, the third element E31 of the first planetary gear set P1 can be connected to the third element E32 of the second planetary gear set P2.
  • the switching elements B1, K1, K2, K3, K4 are shown in the form of lamella switching elements. However, this is not limiting. A selection of the switching elements B1, K1, K2, K3, K4 can also be designed as claw switching elements, in particular the first switching element B1. This applies to all embodiments.
  • the first embodiment of the transmission G shown in Fig. 1 is formed as a so-called "front-longitudinal transmission" for a motor vehicle, and the input shaft GW1 and output shaft GW2 are accordingly coaxial with each other and disposed at opposite axial ends of the transmission G.
  • the second shifting element K1 Starting from the axial end of the transmission G associated with the input shaft GW1, the planetary gear sets P1, P2, P3 are arranged in the following axial sequence: first planetary gearset P1, second planetary gearset P2, third planetary gearset P3.
  • Fig. 2 shows schematically a transmission G according to a second embodiment of the invention.
  • the second element E23 of the third planetary gear set P3 can be connected to the third element E33 of the third planetary gear set P3 by closing the second switching element K1.
  • the second switching element K1 is arranged axially spatially between the third planetary gear P3 and the output shaft GW2 associated axial end of the transmission G.
  • Fig. 3 shows schematically a transmission G according to a third embodiment of the invention.
  • the first element E13 of the third planetary gear set P3 can be connected to the third element E33 of the third planetary gear set P3.
  • the second switching element K1 is arranged axially spatially between the second planetary gear P2 and the third planetary gear P3.
  • Fig. 4 shows schematically a transmission G according to a fourth embodiment of the invention.
  • the transmission G is now designed as a so-called "front-transverse transmission" for a motor vehicle
  • the output shaft GW2 is correspondingly arranged at the same axial end of the transmission G as the input shaft GW1 has external teeth, which are adapted to mesh with external teeth of an axis-parallel to the output shaft GW2, not shown shaft, starting from the axial end of the gear G, the input shaft GW1 and output shaft GW2 are assigned to the planetary gear sets P1, P2 , P3 arranged in the following axial order: third planetary gear set P3, second planetary gear set P2, first planetary gear set P1.
  • the second switching element K1 is arranged radially in sections within the fourth switching element K3.
  • Fig. 5 shows schematically a transmission G according to a fifth embodiment of the invention.
  • the second element E23 of the third planetary gear set P3 can be connected to the third element E33 of the third planetary gear set P3 by closing the second switching element K1.
  • the second switching element K1 is arranged axially spatially between the third planetary gear P3 and the output shaft GW2 and the input shaft GW1 associated axial end of the transmission G.
  • Fig. 6 shows schematically a transmission G according to a sixth embodiment of the invention.
  • the first element E13 of the third planetary gear set P3 can be connected to the third element E33 of the third planetary gear set P3.
  • the second switching element K1 is axially spaced borrowed between the second planetary gear set P2 and the third planetary gear set P3.
  • Fig. 7 shows schematically a transmission G according to a seventh embodiment of the invention.
  • the first coupling V1 is no longer designed as a constantly rotationally fixed connection, but as a switchable connection by means of the third switching element K2.
  • the second coupling V2 is now no longer designed as a switchable connection, but as a permanent non-rotatable connection. Therefore, in the transmission G according to the seventh embodiment, by closing the third switching element K2, a rotationally fixed connection between the first element E12 of the second planetary gear set P2 and the first element E13 of the third planetary gear set P3 is produced, while the third element E33 of the third planetary gear set P3 with the output shaft GW2 is now permanently connected in a rotationally fixed manner.
  • the seventh embodiment of the transmission G shown in Fig. 7 is formed as a so-called "front-longitudinal transmission" for a motor vehicle, and the input shaft GW1 and output shaft GW2 are accordingly coaxial with each other and disposed at opposite axial ends of the transmission G.
  • the second shifting element K1 Starting from the axial end of the transmission G associated with the input shaft GW1, the planetary gear sets P1, P2, P3 are arranged in the following axial sequence: first planetary gearset P1, second planetary gearset P2, third planetary gearset P3.
  • Fig. 8 schematically shows a transmission G according to an eighth embodiment of the invention.
  • the transmission G is now designed as a so-called "front-transverse transmission" for a motor vehicle
  • the output shaft GW2 is correspondingly arranged at the same axial end of the transmission G as the input shaft GW1.
  • Fig. 9 shows a shift pattern for a transmission G to be used for each of the embodiments.
  • eight forward gears G1 to G8 are listed.
  • the input shaft GW1 can be connectable to a connection shaft AN via a sixth switching element K0.
  • the sixth switching element KO can be designed either as a force-locking switching element with variable torque transmission capability or as a form-locking switching element.
  • the planetary gear P1, P2, P3 are shown in all embodiments as minus wheelsets. This is only an example.
  • One or more of the planetary gear sets P1, P2, P3 can also be designed as a plus wheel set. When replacing a minus wheel set with a plus wheel set, make sure that the connections to the bridge and ring gear of this gear set are reversed, and that the amount of the stationary gear ratio is increased by one.
  • 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 to the input shaft GW1 of the transmission G via the sixth switching element KO.
  • 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 inverter converts the DC voltage of an energy storage, not shown, into an AC voltage suitable for the electric machine EM, and vice versa.

Abstract

Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, umfassend drei Planetenradsätze (P1, P2, P3), eine elektrische Maschine (EM) sowie fünf Schaltelemente (B1, K1, K2, K3, K4), deren selektives Eingreifen zumindest acht schaltbare Vorwärtsgänge (G1-G8) zwischen einer Eingangswelle (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 einer Eingangswelle, einer Abtriebswelle, drei Planetenradsätzen 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 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.
Ein Automatikgetriebe für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus Fig. 7 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 des Automatikgetriebes zu ermöglichen. Üblicherweise wird ein Rotor der elektrischen Maschine dazu drehfest mit der Eingangswelle 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 Eingangswelle 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, welche eine integrale elektrische Maschine mit Vorübersetzung zur Bereitstellung hybrid-typischer Funktionalitäten in sämtlichen Gängen des Getriebes aufweist ohne dessen Bauaufwand unnötig zu vergrößern. Darüber hinaus soll das Getriebe eine einfache, kompakte Bauweise und einen hohen mechanischen Wirkungsgrad 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 drei Planetenradsätzen sowie zumindest fünf Schaltelemente auf, deren selektives Eingreifen zumindest acht schaltbare Vorwärtsgänge zwischen einer Eingangswelle und einer Abtriebswelle des Getriebes bewirken.
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 Ver- zahnung 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.
Der erste, zweite und dritte Planetenradsatz weisen je ein erstes, zweites und drittes Element auf. Das erste Element wird durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet. 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 erste Element des ersten Planetenradsatzes ist ständig drehfest festgesetzt. Das zweite Element des ersten Planetenradsatzes ist mit der Eingangswelle ständig verbunden. Das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes ist ständig mit der Abtriebswelle verbunden.
Durch Schließen des ersten Schaltelements ist das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest festsetzbar, indem das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes mit einem Gehäuse des Getriebes oder mit einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes drehfest verbunden wird. Durch Schließen des vierten Schaltelements wird eine drehfeste Verbindung zwischen dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes und dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes hergestellt. Durch Schließen des fünften Schaltelements wird eine drehfeste Verbindung zwischen dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes und dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes hergestellt.
Der dritte Planetenradsatz weist neben der Anbindung dessen zweiten Elements an die Eingangswelle eine erste und zweite Koppelung auf. Die erste Koppelung besteht zwischen dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes und dem ersten Ele- ment des zweiten Planetenradsatzes. Die zweite Koppelung besteht zwischen dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes und der Abtriebswelle.
Erfindungsgemäß ist das zweite Element des dritten Planetenradsatzes mit der Eingangswelle ständig verbunden. Eine der beiden Koppelungen ist als eine ständig drehfeste Verbindung ausgebildet, die verbleibende Koppelung ist als eine schaltbare Verbindung ausgebildet. Bei dem Schaltelement in der schaltbaren Verbindung handelt es sich um das dritte Schaltelement. Durch Schließen des dritten Schaltelements wird eine Drehmomentübertragung zwischen den drei Elementen des dritten Planetenradsatzes ermöglicht. Im geöffneten Zustand des dritten Schaltelements kann damit keine Leistung zwischen den drei Elementen des dritten Planetenradsatzes übertragen werden, wobei geringfügige Verlustleistungen beispielsweise infolge von Reibung zu vernachlässigen sind. Im Falle, dass die erste Koppelung als ständig drehfeste Verbindung ausgebildet ist, wird durch Schließen des zweiten Schaltelements eine drehfeste Verbindung zwischen zwei der drei Elemente des dritten Planetenradsatzes hergestellt, also zwei der Elemente Sonnenrad, Steg und Hohlrad des dritten Planetenradsatzes. Im Falle, dass die zweite Koppelung als ständig drehfeste Verbindung ausgebildet ist, wird durch Schließen des zweiten Schaltelements eine drehfeste Verbindung zwischen der Eingangswelle und dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes hergestellt. Darüber hinaus ist das dritte Element des ersten Planetenradsatzes mit einem Rotor einer elektrischen Maschine ständig drehfest verbunden.
Da das erste Element des ersten Planetenradsatzes ständig drehfest festgesetzt ist und das zweite Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit der Eingangswelle verbunden ist, ergibt sich eine gangunabhängige feste Übersetzung zwischen der Eingangswelle und dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes. Dabei dreht der Rotor der elektrischen Maschine in jedem Gang mit einer höheren Drehzahl als die Eingangswelle. 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 erste Planetenradsatz an der Bildung der Gänge beteiligt. Es ist also kein zusätzlicher Planetenradsatz zur Bildung der Vorübersetzung für die elektrische Maschine erforderlich. Das dritte Element des ersten Planetenradsatzes weist zudem in jedem Gang eine Drehzahl auf. Das Getriebe ermöglicht daher in jedem Gang sowohl eine Leistungsabgabe als auch eine Leistungsaufnahme mittels der elektrischen Maschine.
Durch selektives Betätigen der ersten bis fünften Schaltelemente sind zumindest acht Vorwärtsgänge zwischen der Eingangswelle und der Abtriebswelle automatisiert schaltbar. Der erste Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements gebildet. Der zweite Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelements und des vierten Schaltelements gebildet. Der dritte Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelements und des dritten Schaltelements gebildet. Der vierte Vorwärtsgang wird durch Schließen des dritten Schaltelements und des vierten Schaltelements gebildet. Der fünfte Vorwärtsgang wird durch Schließen des zweiten Schaltelements und des dritten Schaltelements gebildet. Der sechste Vorwärtsgang wird durch Schließen des dritten Schaltelements und des fünften Schaltelements gebildet. Der siebente Vorwärtsgang wird durch Schließen des zweiten Schaltelements und des fünften Schaltelements gebildet. Der achte Vorwärtsgang wird durch Schließen des vierten Schaltelements und des fünften Schaltelements gebildet. Durch diese Zuordnung des ersten bis fünften Schaltelements zu den einzelnen Vorwärtsgängen wird, bei geeigneter Wahl der Standgetriebeübersetzung der 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 erste 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 erste 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 ver- bessert, besonders da das erste Schaltelement lediglich im ersten bis dritten Vorwärtsgang des Kraftfahrzeugs geschlossen ist. Das erste Schaltelement ist daher bei Betrieb des Getriebes im Kraftfahrzeug überwiegend geöffnet. Da das erste 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. Beide Vorgänge benötigen Zeit, wobei besonders bei Schaltvorgängen von einem niedrigen Gang in einen höheren Gang die Schaltzeit aus fahrdynamischen Gründen möglichst kurz sein soll. Da das erste Schaltelement bei Schaltvorgängen in einen höheren Gang jedoch nie geschlossen, sondern lediglich geöffnet werden muss, besteht durch die Ausbildung des ersten Schaltelements als formschlüssiges Schaltelement keine Einschränkung hinsichtlich der Schaltdauer.
Gemäß einer Ausgestaltung weist das Getriebe an einem axialen Ende eine Anschlusswelle auf, welche über ein sechstes Schaltelement mit der Eingangswelle verbindbar ist. Durch das sechste Schaltelement kann eine mit der Anschlusswelle verbundene Antriebseinheit von der Antriebswelle des Getriebes entkoppelt werden, beispielsweise wenn das Kraftfahrzeug rein von der elektrischen Maschine des Getriebes angetrieben wird. Anschlusswelle und Abtriebswelle sind koaxial zueinander und an gegenüberliegenden Enden des Getriebes angeordnet. Das Getriebe ist also als„Front-Längs-Getriebe" für ein Kraftfahrzeug ausgebildet. Ausgehend von dem axialen Ende des Getriebes, dem die Anschlusswelle zugeordnet ist, sind die Planetenradsätze in folgender axialen Reihenfolge angeordnet: erster Planetenradsatz, zweiter Planetenradsatz, dritter Planetenradsatz. Dies ermöglicht einen kompakten Aufbau des Getriebes.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung weist das Getriebe ebenso das sechste Schaltelement auf, über welches die Eingangswelle mit der Anschlusswelle verbindbar ist, wobei ausgehend von dem der Anschlusswelle zugeordneten axialen Ende des Getriebes die Planetenradsätze in folgender axialen Reihenfolge angeordnet sind: dritter Planetenradsatz, zweiter Planetenradsatz, erster Planetenradsatz. Diese Ausgestaltung eignet sich besonders für ein„Front-Quer-Getriebe" für ein Kraftfahrzeug, wobei die Abtriebswelle eine Verzahnung aufweist welche mit einer Verzahnung einer zur Eingangswelle achsparallelen Welle kämmt. Über diese achsparallele Welle wird die Leistung der Abtriebswelle zu den Rädern des Kraftfahrzeugs übertragen.
Gemäß einer Ausführungsform ist das sechste Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet. Dadurch kann der Wirkungsgrad des Getriebes verbessert werden, da das sechste Schaltelement im geöffneten Zustand wesentlich geringere Schleppverluste erzeugt als ein kraftschlüssiges Schaltelement, wie beispielsweise eine Lamellenkupplung.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist das sechste Schaltelement als ein kraftschlüssiges Schaltelement mit variabler Drehmomentübertragungsfähigkeit ausgebildet, beispielsweise als trockene oder nasse Lamellenkupplung. Eine Lamellenkupplung besteht aus einem Innenlamellenträger und einem Außenlamellenträger, wobei eine Vielzahl von Innenlamellen mit dem Innenlamellenträger verbunden ist, und eine Vielzahl von Außenlamellen mit dem Außenlamellenträger verbunden ist. Die Innenlamellen und Außenlamellen sind alternierend angeordnet und überlappen einander. Wird normal zur Lamellenfläche der Lamellen eine Kraft auf die Lamellen aufgebracht, so wird ein Drehmoment von einem Lamellenträger zum anderen Lamellenträger durch Reibung zwischen Innenlamellen und Außenlamellen übertragen. Das von einem Lamellenträger zum anderen Lamellenträger übertragene Drehmoment hängt dabei von der aufgebrachten Kraft ab. Ist die Kraft groß genug um durch Kraftschluss eine Differenzdrehzahl zwischen Innenlamellen und Außenlamellen zu unterbinden, so wird das gesamte Drehmoment übertragen. Reicht die Kraft dazu nicht aus, so wird nur ein Teil des Drehmoments übertragen, wobei es zu einer Differenzdrehzahl zwischen Innenlamellen und Außenlamellen kommt. Dieser Zustand wird auch als Schlupfbetrieb bezeichnet. Durch Variation der auf die Lamellen aufgebrachten Kraft ist die Drehmomentübertragungsfähigkeit des sechsten Schaltelements einstellbar. Gemäß einer Ausgestaltung des Getriebes, in der die erste Koppelung als eine ständig drehfeste Verbindung ausgebildet ist und durch Schließen des zweiten Schaltelements das erste Element des dritten Planetenradsatzes mit dem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes verbindbar ist, ist das zweite Schaltelement vorzugsweise zumindest abschnittweise radial innerhalb des vierten Schaltelements angeordnet. Dadurch ergibt sich ein axial besonders kompaktes Getriebe.
Gemäß einer Ausgestaltung des Getriebes, in der die erste Koppelung als eine ständig drehfeste Verbindung ausgebildet ist und durch Schließen des zweiten Schaltelements das zweite Element des dritten Planetenradsatzes mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes verbindbar ist, ist das zweite Schaltelement vorzugsweise axial räumlich zwischen dem dritten Planetenradsatz und dem der Abtriebswelle zugewandten axialen Ende des Getriebes angeordnet. Dadurch ist es möglich den zweiten und dritten Planetenradsatz axial eng aneinander zu bauen, wodurch besonders die erste Koppelung besonders kurz ausfällt. Dies reduziert die axiale Baulänge des Getriebes und auch dessen Gewicht, da die Sonnenräder des ersten und zweiten Planetenradsatzes bevorzugt einteilig hergestellt sind.
Gemäß einer Ausgestaltung des Getriebes, in der die erste Koppelung als eine ständig drehfeste Verbindung ausgebildet ist und durch Schließen des zweiten Schaltelements das erste Element des dritten Planetenradsatzes mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes verbindbar ist, ist das zweite Schaltelement vorzugsweise axial räumlich zwischen dem zweiten Planetenradsatz und dem dritten Planetenradsatz angeordnet.
Gemäß einer Ausgestaltung des Getriebes, in der die zweite Koppelung als eine ständig drehfeste Verbindung ausgebildet ist, ist das zweite Schaltelement vorzugsweise zumindest abschnittweise radial innerhalb des vierten Schaltelements angeordnet. Dadurch ergibt sich ein axial besonders kompaktes Getriebe.
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. Die Abtriebswelle des Getriebes ist mit einem Abtrieb verbunden, welcher 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 sechste Schaltelement geöffnet ist. In einem verbrennungsmotorischen Betrieb wird das Kraftfahrzeug von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben, wobei das sechste Schaltelement geschlossen ist. In einem hybridischen Betrieb wird das Kraftfahrzeug sowohl von der Verbrennungskraftmaschine als auch von der elektrischen Maschine des Getriebes angetrieben.
Das Getriebe ermöglicht eine Vielzahl an Möglichkeiten zur Bereitstellung einer Anfahrfunktion des Kraftfahrzeugs. Im verbrennungsmotorischen Betrieb kann das sechste Schaltelement als Anfahrelement dienen. Bei einer Fehlfunktion oder Überlastung des sechsten Schaltelements kann auch das zweite Schaltelement als Anfahrelement verwendet werden. Im elektrischen Fahrbetrieb kann die elektrische Maschine bei einem eingelegten Vorwärtsgang aus ihrer Null-Drehzahl heraus die Anfahrfunktion bereitstellen.
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.
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 schematisch ein Getriebe entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 3 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 4 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 5 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 6 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 7 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines siebenten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 8 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines achten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 9 zeigt ein Schaltschema des Getriebes.
Fig. 10 zeigt einen Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Getriebe G für ein Kraftfahrzeug entsprechend eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Das Getriebe G weist eine Eingangswelle GW1 , eine Abtriebswelle GW2, einen ersten Planetenradsatz P1 , einen zweiten Planetenradsatz P2, einen dritten Planetenradsatz P3 und eine elektrische Maschine EM auf, welche einen Stator S und einen Rotor R umfasst. Erster, zweiter und dritter Planetenradsatz P1 , P2, P3 sind als Minus-Radsätze ausgebildet, und weisen je ein erstes Element E1 1 , E12, E13 ein zweites Element E21 , E22, E23 und ein drittes Element E31 , E32, E33 auf. Das erste Element E1 1 , E12, E13 ist einem Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1 , P2, P3 zugeordnet. Das zweite Element E21 , E22, E23 ist einem Steg des jeweiligen Planetenradsatzes P1 , P2, P3 zugeordnet. Das dritte Element E31 , E32, E33 ist einem Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1 , P2, P3 zugeordnet.
Das erste Element E1 1 des ersten Planetenradsatzes P1 ist ständig drehfest festgesetzt, indem es mit einem Gehäuse GG oder mit einem anderen drehfesten Bauelement verbunden ist. Das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 und das zweite Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 sind mit der Eingangswelle GW1 ständig verbunden. Das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist mit dem ersten Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 ständig verbunden, wodurch eine erste Koppelung V1 gebildet wird die als ständig drehfeste Verbindung ausgebildet ist. Das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist mit der Abtriebswelle GW2 ständig verbunden. Das dritte Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 ist über eine zweite Koppelung V2 mit der Abtriebswelle GW2 verbunden, wobei in dieser zweiten Koppelung V2 das dritte Schaltelement K2 angeordnet ist. Das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit dem Rotor R der elektrischen Maschine EM ständig verbunden.
Das Getriebe G weist ferner fünf Schaltelemente auf. Durch Schließen des ersten Schaltelements B1 ist das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest festsetzbar. Durch Schließen des zweiten Schaltelements K1 ist die Eingangswelle GW1 mit dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbindbar. Da das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 mit dem ersten Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 ständig verbunden ist, und die Eingangswelle GW1 mit dem zweiten Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 ständig verbunden ist, wird durch Schließen des zweiten Schaltelements K1 das erste Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 mit dem zweiten Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 verbunden. Durch eine solche drehfeste Verbindung zweier Elemente desselben Planetenradsatzes wird dieser verblockt, so dass dessen Elemente Sonnenrad, Steg und Hohlrad mit der gleichen Drehzahl umlaufen. Durch Schließen des dritten Schaltelements K2 in der zweiten Koppelung V2 ist das dritte Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 mit der Abtriebswelle GW2 verbindbar. Durch Schließen des vierten Schaltelements K3 ist das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 mit dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbindbar. Durch Schließen des fünften Schaltelements K4 ist das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 mit dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbindbar. Die Schaltelemente B1 , K1 , K2, K3, K4 sind in Form von Lamellenschaltelementen dargestellt. Dies ist jedoch nicht limitierend anzusehen. Eine Auswahl der Schaltelemente B1 , K1 , K2, K3, K4 kann auch als Klauenschaltelemente ausgebildet sein, insbesondere das erste Schaltelement B1 . Dies gilt für sämtliche Ausführungsbeispiele.
Das in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel des Getriebes G ist als sogenanntes„Front-Längs-Getriebe" für ein Kraftfahrzeug ausgebildet. Eingangswelle GW1 und Abtriebswelle GW2 sind dementsprechend koaxial zueinander und an gegenüberliegenden axialen Enden des Getriebes G angeordnet. Das zweite Schaltelement K1 ist abschnittsweise radial innerhalb des vierten Schaltelements K3 angeordnet. Ausgehend von dem der Eingangswelle GW1 zugeordneten axialen Ende des Getriebes G sind die Planetenradsätze P1 , P2, P3 in folgender axialen Reihenfolge angeordnet: erster Planetenradsatz P1 , zweiter Planetenradsatz P2, dritter Planetenradsatz P3.
Fig. 2 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zum in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist durch Schließen des zweiten Schaltelements K1 das zweite Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 mit dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 verbindbar. Das zweite Schaltelement K1 ist dabei axial räumlich zwischen dem dritten Planetenradsatz P3 und dem der Abtriebswelle GW2 zugeordneten axialen Ende des Getriebes G angeordnet.
Fig. 3 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zum in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungs- beispiel ist durch Schließen des zweiten Schaltelements K1 das erste Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 mit dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 verbindbar. Das zweite Schaltelement K1 ist dabei axial räumlich zwischen dem zweiten Planetenradsatz P2 und dem dritten Planetenradsatz P3 angeordnet.
Fig. 4 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zum in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist das Getriebe G nun als sogenanntes„Front-Quer-Getriebe" für ein Kraftfahrzeug ausgebildet. Die Abtriebswelle GW2 ist entsprechend am gleichen axialen Ende des Getriebes G wie die Eingangswelle GW1 angeordnet. Die Abtriebswelle GW2 weist eine Außenverzahnung auf, welche dazu eingerichtet ist mit einer Außenverzahnung einer achsparallel zur Abtriebswelle GW2 angeordneten, nicht dargestellten Welle zu kämmen. Ausgehend vom axialen Ende des Getriebes G, dem sowohl Eingangswelle GW1 als auch Abtriebswelle GW2 zugeordnet sind, sind die Planetenradsätze P1 , P2, P3 in folgender axialen Reihenfolge angeordnet: dritter Planetenradsatz P3, zweiter Planetenradsatz P2, erster Planetenradsatz P1 . Das zweite Schaltelement K1 ist abschnittsweise radial innerhalb des vierten Schaltelements K3 angeordnet.
Fig. 5 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zum in Fig. 4 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel ist durch Schließen des zweiten Schaltelements K1 das zweite Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 mit dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 verbindbar. Das zweite Schaltelement K1 ist dabei axial räumlich zwischen dem dritten Planetenradsatz P3 und dem der Abtriebswelle GW2 und der Eingangswelle GW1 zugeordneten axialen Ende des Getriebes G angeordnet.
Fig. 6 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zum in Fig. 4 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel ist durch Schließen des zweiten Schaltelements K1 das erste Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 mit dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 verbindbar. Das zweite Schaltelement K1 ist dabei axial räum- lieh zwischen dem zweiten Planetenradsatz P2 und dem dritten Planetenradsatz P3 angeordnet.
Fig. 7 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines siebenten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zum in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist die erste Koppelung V1 nun nicht mehr als ständig drehfeste Verbindung ausgebildet, sondern als mittels des dritten Schaltelements K2 schaltbare Verbindung. Die zweite Koppelung V2 ist nun nicht mehr als schaltbare Verbindung ausgebildet, sondern als ständig drehfeste Verbindung. Daher wird im Getriebe G gemäß dem siebenten Ausführungsbeispiel durch Schließen des dritten Schaltelements K2 eine drehfeste Verbindung zwischen dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem ersten Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 hergestellt, während das dritte Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 mit der Abtriebswelle GW2 nun ständig drehfest verbunden ist. Das in Fig. 7 dargestellte siebente Ausführungsbeispiel des Getriebes G ist als sogenanntes„Front- Längs-Getriebe" für ein Kraftfahrzeug ausgebildet. Eingangswelle GW1 und Abtriebswelle GW2 sind dementsprechend koaxial zueinander und an gegenüberliegenden axialen Enden des Getriebes G angeordnet. Das zweite Schaltelement K1 ist abschnittsweise radial innerhalb des vierten Schaltelements K3 angeordnet. Ausgehend von dem der Eingangswelle GW1 zugeordneten axialen Ende des Getriebes G sind die Planetenradsätze P1 , P2, P3 in folgender axialen Reihenfolge angeordnet: erster Planetenradsatz P1 , zweiter Planetenradsatz P2, dritter Planetenradsatz P3.
Fig. 8 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines achten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zum in Fig. 7 dargestellten siebenten Ausführungsbeispiel ist das Getriebe G nun als sogenanntes„Front-Quer-Getriebe" für ein Kraftfahrzeug ausgebildet. Die Abtriebswelle GW2 ist entsprechend am gleichen axialen Ende des Getriebes G wie die Eingangswelle GW1 angeordnet.
Fig. 9 zeigt ein Schaltschema für ein Getriebes G, welches für jedes der Ausführungsbeispiele anzuwenden ist. In den Zeilen des Schaltschemas sind acht Vorwärtsgänge G1 bis G8 angeführt. In den Spalten des Schaltschemas ist durch ein ,χ' dargestellt, welche der Schaltelemente B1 , K1 , K2, K3, K4 in welchem Vorwärtsgang G1 bis G8 geschlossen sind.
In sämtlichen Ausführungsbeispielen kann die Eingangswelle GW1 über ein sechstes Schaltelement K0 mit einer Anschlusswelle AN verbindbar sein. Das sechste Schaltelement KO kann dabei entweder als kraftschlüssiges Schaltelement mit variabler Drehmomentübertragungsfähigkeit oder als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein.
Die Planetenradsätze P1 , P2, P3 sind in sämtlichen Ausführungsbeispielen als Minus-Radsätze dargestellt. Dies ist lediglich beispielhaft anzusehen. Einer oder mehrere der Planetenradsätze P1 , P2, P3 können auch als Plus-Radsatz ausgebildet sein. Dabei ist darauf zu achten, dass beim Ersatz eines Minus-Radsatzes durch einen Plus-Radsatz die Anbindungen an Steg und Hohlrad dieses Radsatzes zu vertauschen sind, und der Betrag der Standgetriebeübersetzung um den Wert Eins zu erhöhen ist.
Fig. 10 zeigt einen Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem Getriebe G gemäß dem ersten 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 sechste Schaltelement KO mit der Eingangswelle 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. Der Wechselrichter wandelt dabei die Gleichspannung eines nicht dargestellten Energiespeichers in eine für die elektrische Maschine EM geeignete Wechselspannung, und umgekehrt. Bezugszeichen
G Getriebe
GW1 Eingangswelle
GW2 Abtriebswelle
AN Anschlusswelle
GG Gehäuse
P1 Erster Planetenradsatz
P2 Zweiter Planetenradsatz
P3 Dritter Planetenradsatz
EM Elektrische Maschine
R Rotor
S Stator
E1 1 Erstes Element des ersten Planetenradsatzes
E21 Zweites Element des ersten Planetenradsatzes
E31 Drittes Element des ersten Planetenradsatzes
E12 Erstes Element des zweiten Planetenradsatzes
E22 Zweites Element des zweiten Planetenradsatzes
E32 Drittes Element des zweiten Planetenradsatzes
E13 Erstes Element des dritten Planetenradsatzes
E23 Zweites Element des dritten Planetenradsatzes
E33 Drittes Element des dritten Planetenradsatzes
V1 Erste Koppelung
V2 Zweite Koppelung
B1 Erstes Schaltelement
K1 Zweites Schaltelement
K2 Drittes Schaltelement
K3 Viertes Schaltelement
K4 Fünftes Schaltelement
KO Sechstes Schaltelement
G1 -G8 Erster bis achter Vorwärtsgang
R1 Erster Rückwärtsgang
R2 Zweiter Rückwärtsgang Verbrennungskraftmaschine Räder
Achsgetriebe
Torsionsschwingungsdämpfer

Claims

Patentansprüche
1 . Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen ersten, zweiten und dritten Planetenradsatz (P1 , P2, P3) sowie ein erstes, zweites, drittes, viertes und fünftes Schaltelement (B1 , K1 , K2, K3, K4) deren selektives Eingreifen zumindest acht schaltbare Vorwärtsgänge (G1 -G8) zwischen einer Eingangswelle (GW1 ) und einer Abtriebswelle (GW2) des Getriebes (G) bewirkt,
- wobei die Planetenradsätze (P1 , P2, P3) je ein erstes Element (E1 1 , E12, E13) ein zweites Element (E21 , E22, E23) und ein drittes Element (E31 , E32, E33) aufweisen, wobei das erste Element (E1 1 , E12, E13) durch ein Sonnenrad des Planetenradsatzes (P1 , P2, P3) gebildet ist, wobei das zweite Element (E21 , E22, E23) im Falle eines Minus-Radsatzes durch einen Steg und im Falle eines Plus- Radsatzes durch ein Hohlrad des Planetenradsatzes (P1 , P2, P3) gebildet ist, wobei das dritte Element (E31 , E32, E33) im Falle eines Minus-Radsatzes durch das Hohlrad und im Falle eines Plus-Radsatzes durch den Steg des Planetenradsatzes (P1 , P2, P3) gebildet ist,
- wobei das erste Element (E1 1 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) ständig drehfest festgesetzt ist,
- wobei das zweite Element (E21 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) mit der Eingangswelle (GW1 ) ständig verbunden ist,
- wobei das zweite Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig mit der Abtriebswelle (GW2) verbunden ist,
- wobei durch Schließen des ersten Schaltelements (B1 ) das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest festsetzbar ist,
- wobei durch Schließen des vierten Schaltelements (K3) das dritte Element (E31 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) mit dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbindbar ist,
- wobei durch Schließen des fünften Schaltelements (K4) das dritte Element (E31 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) mit dem dritten Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbindbar ist,
- wobei der dritte Planetenradsatz (P3) eine erste und eine zweite Koppelung (V1 , V2) aufweist, wobei die erste Koppelung (V1 ) zwischen dem ersten Element (E13) des dritten Planetenradsatzes (P3) und dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) besteht, wobei die zweite Koppelung (V2) zwischen dem dritten Element (E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) und der Abtriebswelle (GW2) besteht,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zweite Element (E23) des dritten Planetenradsatzes (P3) mit der Eingangswelle (GW1 ) ständig verbunden ist,
wobei eine der Koppelungen (V1 / V2) als eine ständig drehfeste Verbindung ausgebildet ist und die verbleibende Koppelung (V1 / V2) als eine mittels des dritten
Schaltelements (K2) schaltbare Verbindung ausgebildet ist,
wobei im Falle, dass die erste Koppelung (V1 ) als ständig drehfeste Verbindung ausgebildet ist, durch Schließen des zweiten Schaltelements (K1 ) eine drehfeste Verbindung zwischen zwei der drei Elemente (E13, E23, E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) herstellbar ist,
wobei im Falle, dass die zweite Koppelung (V2) als ständig drehfeste Verbindung ausgebildet ist, durch Schließen des zweiten Schaltelements (K1 ) die Eingangswelle (GW1 ) mit dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbindbar ist, und wobei das dritte Element (E31 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) mit einem Rotor (R) einer elektrischen Maschine (EM1 ) ständig drehfest verbunden ist.
2. Getriebe (G) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich
- der erste Vorwärtsgang (G1 ) durch Schließen des ersten Schaltelements (B1 ) und des zweiten Schaltelements (K1 ),
- der zweite Vorwärtsgang (G2) durch Schließen des ersten Schaltelements (B1 ) und des vierten Schaltelements (K3),
- der dritte Vorwärtsgang (G3) durch Schließen des ersten Schaltelements (B1 ) und des dritten Schaltelements (K2),
- der vierte Vorwärtsgang (G4) durch Schließen des dritten Schaltelements (K2) und des vierten Schaltelements (K3),
- der fünfte Vorwärtsgang (G5) durch Schließen des zweiten Schaltelements (K1 ) und des dritten Schaltelements (K2),
- der sechste Vorwärtsgang (G6) durch Schließen des dritten Schaltelements (K2) und des fünften Schaltelements (K4), - der siebente Vorwärtsgang (G7) durch Schließen des zweiten Schaltelements (K1 ) und des fünften Schaltelements (K4), und
- der achte Vorwärtsgang (G8) durch Schließen des vierten Schaltelements (K3) und des fünften Schaltelements (K4) ergibt.
3. Getriebe (G) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (B1 ) als formschlüssiges Schaltelement, insbesondere als Klauenschaltelement ausgebildet ist.
4. Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) an einem axialen Ende eine Anschlusswelle (AN) aufweist, welche über ein sechstes Schaltelement (K0) mit der Eingangswelle (GW1 ) verbindbar ist, wobei Anschlusswelle (AN) und Abtriebswelle (GW2) koaxial zueinander und an gegenüberliegenden axialen Enden des Getriebes (G) angeordnet sind, wobei ausgehend von dem der Anschlusswelle (AN) zugeordneten axialen Ende des Getriebes (G) die Planetenradsätze (P1 , P2, P3) in folgender axialer Reihenfolge angeordnet sind: erster Planetenradsatz (P1 ), zweiter Planetenradsatz (P2), dritter Planetenradsatz (P3).
5. Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) an einem axialen Ende eine Anschlusswelle (AN) aufweist, welche über ein sechstes Schaltelement (K0) mit der Eingangswelle (GW1 ) verbindbar ist, wobei ausgehend von dem der Anschlusswelle (AN) zugeordneten axialen Ende des Getriebes (G) die Planetenradsätze (P1 , P2, P3) in folgender axialer Reihenfolge angeordnet sind: dritter Planetenradsatz (P3), zweiter Planetenradsatz (P2), erster Planetenradsatz (P1 ).
6. Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das sechste Schaltelement (K0) als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist.
7. Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das sechste Schaltelement (K0) als kraftschlüssiges Schaltelement mit variabler Drehmomentübertragungsfähigkeit ausgebildet ist.
8. Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Koppelung (V1 ) als eine ständig drehfeste Verbindung ausgebildet ist und durch Schließen des zweiten Schaltelements (K1 ) das erste Element (E13) des dritten Planetenradsatzes (P3) mit dem zweiten Element (E23) des dritten Planetenradsatzes (P3) verbindbar ist, wobei das zweite Schaltelement (K1 ) zumindest abschnittsweise radial innerhalb des vierten Schaltelements (K3) angeordnet ist.
9. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Koppelung (V1 ) als eine ständig drehfeste Verbindung ausgebildet ist und durch Schließen des zweiten Schaltelements (K1 ) das zweite Element (E23) des dritten Planetenradsatzes (P3) mit dem dritten Element (E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) verbindbar ist, wobei das zweite Schaltelement (K2) axial räumlich zwischen dem dritten Planetenradsatz (P3) und dem der Abtriebswelle (GW2) zugeordneten axialen Ende des Getriebes (G) angeordnet ist.
10. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Koppelung (V1 ) als eine ständig drehfeste Verbindung ausgebildet ist und durch Schließen des zweiten Schaltelements (K1 ) das erste Element (E13) des dritten Planetenradsatzes (P3) mit dem dritten Element (E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) verbindbar ist, wobei das zweite Schaltelement (K2) axial räumlich zwischen dem zweiten Planetenradsatz (P2) und dem dritten Planetenradsatz (P3) angeordnet ist.
1 1 . Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Koppelung (V2) als eine ständig drehfeste Verbindung ausgebildet ist, wobei das zweite Schaltelement (K1 ) zumindest abschnittsweise radial innerhalb des vierten Schaltelements (K3) angeordnet ist.
12. Hybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 .
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