WO2017190886A1

WO2017190886A1 - Getriebe für ein kraftfahrzeug

Info

Publication number: WO2017190886A1
Application number: PCT/EP2017/057145
Authority: WO
Inventors: Stefan Beck; Marc Seeberger; Michael Wechs; Wolfgang Rieger
Original assignee: Zf Friedrichshafen Ag
Priority date: 2016-05-02
Filing date: 2017-03-27
Publication date: 2017-11-09
Also published as: DE102016207480A1; CN108884913A; US20190162274A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Getriebe (G) eine Antriebswelle (GW1), eine Abtriebswelle (GW2), zwei Planetenradsätze (P1, P2) sowie fünf Schaltelemente (K1, K2, B1, B2, B3) aufweist, wobei durch selektives Betätigen der fünf Schaltelemente (K1, K2, B1, B2, B3) vier Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) schaltbar sind, sowie Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Getriebe (G).

Description

Getriebe für ein Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, sowie einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einem solchen Getriebe. Vorliegend bezeichnet ein Getriebe ein mehrgängiges Getriebe, d.h. es sind mehrere unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse als Gänge zwischen einer An- und einer Abtriebsseite des Getriebes durch Betätigung entsprechender Schaltelemente schaltbar, wobei dies vorzugsweise automatisch vollzogen wird. Je nach Anordnung der Schaltelemente handelt es sich bei diesen um Kupplungen oder auch um Bremsen. Derartige Getriebe kommen überwiegend in Kraftfahrzeugen zur Anwendung, um ein Zugkraftangebot einer Antriebsmaschine des jeweiligen Kraftfahrzeuges in Hinblick auf verschiedene Kriterien geeignet umzusetzen.

Aus der DE 10 2013 002 586 A1 geht ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug hervor, bei welchem zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle zwei Planetenradsätze vorgesehen sind, welche sich jeweils aus je einem Sonnenrad, je einem Hohlrad und je einem Planetensteg zusammensetzen. Ferner sind mehrere Schaltelemente vorgesehen, durch deren selektive Betätigung die Planetenradsätze untereinander koppelbar sind, um unterschiedliche Gänge zwischen der An- und der Abtriebswelle zu definieren. Insgesamt können dabei vier Vorwärtsgänge zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle geschaltet werden.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Ausgestaltung zu dem im Stand der Technik bekannten Getriebe mit vier Vorwärtsgängen zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Ein Kraftfahrzeugantriebsstrang, bei welchem ein erfindungsgemäßes Getriebe zur Anwendung kommt, ist ferner Gegenstand von Anspruch 15. Gemäß der Erfindung umfasst ein Getriebe eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle, sowie einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz. Die Planetenradsätze umfassen jeweils mehrere Elemente in Form je eines Sonnenrades, je eines Hohlrades und je eines Planetensteges, wobei die Planetenradsätze dem Führen eines Kraftflusses von der Antriebswelle zu der Abtriebswelle dienen. Dazu sind ein erstes, ein zweites, ein drittes, ein viertes und ein fünftes Schaltelement vorgesehen, durch deren selektive Betätigung die Planetenradsätze unter Schaltung unterschiedlicher Gänge zwischen An- und Abtriebswelle untereinander koppelbar sind.

Dabei kann die Antriebswelle zum einen über das erste Schaltelement mit dem ersten Element des zweiten Planeten radsatzes und zum anderen mittels des zweiten Schaltelements mit dem zweiten Element des zweiten Planeten radsatzes drehfest verbunden werden, wobei das erste Element des zweiten Planetenradsatzes zudem über das dritte Element an einem drehfesten Bauelement des Getriebes festsetzbar ist. Mit dem drehfesten Bauelement kann auch das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes mittels des vierten Schaltelements drehfest gekoppelt werden. Des Weiteren ist das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit der Abtriebswelle verbunden.

Mit anderen Worten ist also das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes permanent drehfest mit der Abtriebswelle verbunden. Durch Schließen des ersten Schalelements wird die Antriebswelle des Getriebes drehfest mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden, wohingegen eine Betätigung des zweiten Schaltelements eine drehfeste Verbindung der Antriebswelle mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes nach sich zieht. Des Weiteren führt ein Schließen des dritten Schaltelements zu einem Festsetzen des ersten Elements des zweiten Planetenradsatzes am drehfesten Bauelement, womit auch das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes bei Betätigung des vierten Schaltelements drehfest gekoppelt wird.

Ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Getriebe zeichnet sich durch eine kompakte Bauweise, geringe Bauteilbelastungen und einen guten Verzahnungswirkungsgrad aus. Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist das erste Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden, dessen drittes Element zudem drehfest mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes in Verbindung steht. Zudem kann das dritte Element des ersten Planetenradsatzes über das fünfte Schaltelement am drehfesten Bauelement festgesetzt werden. Das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes sind in diesem Fall also gemeinsam drehfest mit der Abtriebswelle verbunden. Das erste und das zweite Schaltelement sind dabei als Kupplungen gestaltet, welche bei Betätigung rotierbare Komponenten des Getriebes in ihren Drehbewegungen einander angleichen, während das dritte, das vierte und auch das fünfte Schaltelement als Bremsen vorliegt, die bei Ansteuerung die jeweilige rotierbare Komponente des Getriebes auf Stillstand abbremsen und am drehfesten Bauelement festsetzen.

Gemäß einer hierzu alternativen Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ist das dritte Element des ersten Planetenradsatzes permanent am drehfesten Bauelement festgesetzt, wohingegen das zweite Element des ersten Planetenradsatzes mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes in Verbindung steht. Des Weiteren kann das erste Element des ersten Planetenradsatzes über das fünfte Schaltelement drehfest mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes gekoppelt werden. Auch in diesem Fall sind das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes gemeinsam drehfest mit der Abtriebswelle verbunden. Ferner sind das erste, das zweite und das fünfte Schaltelement als Kupplungen ausgeführt, welche bei Betätigung rotierbare Komponenten des Getriebes in ihren Drehbewegungen einander angleichen. Hingegen sind das dritte und das vierte Schaltelement als Bremsen realisiert, die bei Ansteuerung die jeweilige rotierbare Komponente des Getriebes auf Stillstand abbremsen und am drehfesten Bauelement festsetzen.

Weiter alternativ zu den beiden vorgenannten Varianten ist das dritte Element des ersten Planetenradsatzes permanent am drehfesten Bauelement festgesetzt und das erste Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden, wohingegen das zweite Element des ersten Planetenradsatzes über das fünfte Schaltelement mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes und damit auch der Abtriebswelle drehfest gekoppelt werden kann. Auch hier sind das erste, das zweite und das fünfte Schaltelement als Kupplungen ausgeführt, welche bei Betätigung rotierbare Komponenten des Getriebes in ihren Drehbewegungen einander angleichen, während das dritte und das vierte Schaltelement als Bremsen vorliegen, die bei Ansteuerung die jeweilige rotierbare Komponente des Getriebes auf Stillstand abbremsen und am drehfesten Bauelement festsetzen.

Bei den vorgenannten Varianten eines erfindungsgemäßen Getriebes können jeweils vier Vorwärtsgänge, sowie ein Rückwärtsgang realisiert werden. Dabei wird ein erster Vorwärtsgang durch Betätigen des ersten und des fünften Schaltelements geschaltet, während ein zweiter Vorwärtsgang durch Schließen des zweiten und des fünften Schaltelements gebildet wird. Des Weiteren ergibt sich ein dritter Vorwärtsgang durch Betätigen des ersten und des zweiten Schaltelements, während ein vierter Vorwärtsgang durch Betätigen des zweiten und des dritten Schaltelements schaltbar ist. Hingegen ergibt sich der Rückwärtsgang durch Betätigen des ersten und des vierten Schaltelements.

Bei geeigneter Wahl von Standgetriebeübersetzungen der Planetenradsätze wird hierdurch eine für die Anwendung im Bereich eines Kraftfahrzeuges geeignete Übersetzungsreihe realisiert. Für eine aufeinanderfolgende Schaltung der Vorwärtsgänge entsprechend ihrer Reihenfolge ist dabei stets der Zustand von je zwei Schaltelementen zu variieren, indem eines der am vorhergehenden Vorwärtsgang beteiligten Schaltelemente zu öffnen und ein anderes Schaltelement zur Darstellung des nachfolgenden Vorwärtsganges zu schließen ist. Dies hat dann auch zur Folge, dass ein Schalten zwischen den Gängen sehr zügig ablaufen kann.

Vorteilhafterweise kann bei dem erfindungsgemäßen Getriebe ein Rückwärtsgang für einen Antrieb über die dem Getriebe vorgeschaltete Antriebsmaschine realisiert werden. Dies kann dabei alternativ oder auch ergänzend zu einer Anordnung einer Elektromaschine im Getriebe verwirklicht sein, um im Falle eines Ausfalls der Elekt- romaschine dennoch eine Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges verwirklichen zu können.

Es ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung, dass der jeweilige Planetenradsatz als Minusplanetenradsatz vorliegt, wobei es sich bei dem jeweiligen ersten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein jeweiliges Sonnenrad, bei dem jeweiligen zweiten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um einen jeweiligen Planetensteg und bei dem jeweiligen dritten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein jeweiliges Hohlrad handelt. Ein Minusplanetensatz setzt sich auf dem Fachmann prinzipiell bekannte Art und Weise aus den Elementen Sonnenrad, Planetensteg und Hohlrad zusammen, wobei der Planetensteg mindestens ein bevorzugt aber mehrere Planetenräder führt, die im Einzelnen jeweils sowohl mit dem Sonnenrad, als auch dem umliegenden Hohlrad kämmen. Von dem ersten und dem zweiten Planetenradsatz sind dann ein oder auch alle beide Planetenradsätze als derartige Minusplanetensätze gestaltet. Besonders bevorzugt liegen die beiden Planetenradsätze als Minusplanetensätze vor, wodurch sich ein besonders kompakter Aufbau realisieren lässt.

Alternativ oder auch ergänzend dazu liegt der jeweilige Planetenradsatz als Plusplanetensatz vor, wobei es sich bei dem jeweiligen ersten Element des jeweiligen Planetenradsatzes dann um ein jeweiliges Sonnenrad, bei dem jeweiligen zweiten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein jeweiliges Hohlrad und bei dem jeweiligen dritten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um einen jeweiligen Planetensteg handelt. Bei einem Plusplanetensatz sind ebenfalls die Elemente Sonnenrad, Hohlrad und Planetensteg vorhanden, wobei Letzterer mindestens ein Planetenradpaar führt, bei welchem das eine Planetenrad mit dem innenliegenden Sonnenrad und das andere Planetenrad mit dem umliegenden Hohlrad im Zahneingriff steht, sowie die Planetenräder untereinander kämmen. Bei dem erfindungsgemäßen Getriebe können, sofern es die Anbindung der einzelnen Elemente zulässt, ein oder auch alle beide Planetenradsätze als derartige Plusplanetensätze ausgeführt sein.

Wo möglich, kann ein Minusplanetensatz durch einen Plusplanetensatz ersetzt werden, wobei dann gegenüber der Ausführung als Minusplanetensatz die Hohlrad- und die Planetensteganbindung miteinander zu tauschen, sowie eine jeweilige Getriebestandübersetzung um eins zu erhöhen ist. Wie bereits erwähnt, sind aber bevorzugt beide Planetenradsätze als Minusplanetensätze ausgeführt.

In Weiterbildung der Erfindung sind ein oder mehrere Schaltelemente jeweils als kraftschlüssige Schaltelemente realisiert. Kraftschlüssige Schaltelemente haben den Vorteil, dass sie auch unter Last geschaltet werden können, so dass ein Wechsel zwischen den Gängen ohne Zugkraftunterbrechung vollziehbar ist. Besonders bevorzugt ist aber das vierte Schaltelement und/oder das fünfte Schaltelement jeweils als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt, wie beispielsweise als Klauenkupplung oder Sperrsynchronisation. Denn das fünfte Schaltelement ist an den ersten zwei Vorwärtsgängen beteiligt, so dass bei einer aufeinanderfolgenden Hochschaltung der Gänge hier nur ein Öffnen des fünften Schaltelements zu vollziehen ist. Das vierte Schaltelement ist nur an der Schaltung des Rückwärtsganges beteiligt. Ein formschlüssiges Schaltelement hat gegenüber einem kraftschlüssigen Schaltelement den Vorteil, dass im geöffneten Zustand nur geringe Schleppmomente auftreten, so dass sich ein höherer Wirkungsgrad realisieren lässt. Zudem kommt hier auch eine Ausführung als Stahl-Stahl-Element oder als Bandbremse in Frage.

Entsprechend einer Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung sind das erste und/oder das dritte Schaltelement auf einer einer Anschlussstelle der Antriebswelle zugewandten Seite des ersten Planetenradsatzes angeordnet. Die beiden Schaltelemente liegen also auf einer Antriebsseite des Getriebes und sind gut zugänglich. Alternativ oder auch ergänzend dazu sind das zweite Schaltelement und/oder das vierte Schaltelement auf einer einer Anschlussstelle der Antriebswelle abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes angeordnet. In der Folge ist das zweite Schaltelement bzw. das vierte Schaltelement ebenfalls gut von einer axialen Seite des Getriebes her zugänglich. Das fünfte Schaltelement liegt, je nach erfindungsgemäßer Variante des Getriebes, radial umliegend zum und axial auf Höhe des ersten Planetenradsatzes oder antriebsseitig zu diesem oder axial zwischen den Planetenradsätzen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegen Anschlussstellen der An- und der Abtriebswelle koaxial zueinander. Hierbei ist die Anschlussstelle der Antriebswelle bevorzugt an einem axialen Ende des Getriebes vorgesehen, während sich die Anschlussstelle der Abtriebswelle entweder axial zwischen dem ersten Planetenradsatz und dem dritten Schaltelement oder axial zwischen dem ersten und dem zweiten Planetenradsatz befindet. Insbesondere weist die äußere Schnittstelle der Abtriebswelle dann eine Verzahnung auf, welche mit einer Verzahnung einer zur Antriebswellenachse des Getriebes achsparallel angeordneten Welle kämmt. Besonders bevorzugt ist auf dieser Welle dann das Achsdifferential einer Antriebsachse angeordnet. Diese Art der Anordnung eignet sich besonders zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug mit einem quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichteten Antriebsstrang.

In Weiterbildung der Erfindung ist eine Elektromaschine vorgesehen, deren Rotor mit einem der rotierbaren Bauelemente des Getriebes drehfest gekoppelt ist. Bevorzugt ist dann ein Stator der Elektromaschine drehfest mit dem drehfesten Bauelement des Getriebes verbunden, wobei die Elektromaschine hierbei elektromotorisch und/oder auch generatorisch betrieben werden kann, um unterschiedliche Funktionen zu realisieren. Insbesondere kann dabei ein rein elektrisches Fahren, ein Boosten über die Elektromaschine, ein Abbremsen und Rekuperieren und/oder ein Synchronisieren im Getriebe über die Elektromaschine vollzogen werden. Der Rotor der Elektromaschine kann dabei koaxial zu dem jeweiligen Bauelement liegen oder achsversetzt zu diesem angeordnet sein, wobei im letztgenannten Fall dann eine Koppelung über eine zwischenliegende Stirnradstufe oder auch einen Zugmitteltrieb realisiert sein kann.

Bevorzugt ist der Rotor der Elektromaschine dabei mit der Antriebswelle drehfest gekoppelt, wobei hierdurch ein rein elektrisches Fahren des Kraftfahrzeuges auf geeignete Art und Weise dargestellt wird. Dazu wird einer der Gänge im Getriebe geschaltet, wobei in den Vorwärtsgängen dabei auch eine Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges realisierbar ist, indem über die Elektromaschine eine entgegengesetzte Drehbewegung eingeleitet wird, wodurch die Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges im Übersetzungsverhältnis des jeweiligen Vorwärtsganges stattfindet. In der Folge können die Übersetzungsverhältnisse der Vorwärtsgänge sowohl für die elektrische Vorwärts- als auch für die elektrische Rückwärtsfahrt genutzt werden. Der Rotor der Elektromaschine kann abgesehen von der Antriebswelle aber auch an einer der übrigen, rotierbaren Bauelemente angebunden sein.

Entsprechend einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, welche insbesondere in Kombination mit der vorgenannten Anordnung einer Elektromaschine realisiert wird, ist zudem eine Trennkupplung vorgesehen, über welche die Antriebswelle mit einer Anschlusswelle drehfest verbindbar ist. Die Anschlusswelle dient dann innerhalb eines Kraftfahrzeugantriebsstranges der Anbindung an die Antriebsmaschine. Das Vorsehen der Trennkupplung hat dabei den Vorteil, dass im Zuge des rein elektrischen Fahrens eine Verbindung zur Antriebsmaschine unterbrochen werden kann, wodurch diese nicht mitgeschleppt wird. Die Trennkupplung ist dabei bevorzugt als kraftschlüssiges Schaltelement ausgeführt, wie beispielsweise als Lamellenkupplung, kann aber ebenso gut auch als formschlüssiges Schaltelement, wie beispielsweise als Klauenkupplung oder Sperrsynchronisation, vorliegen.

Generell kann dem Getriebe prinzipiell ein Anfahrelement vorgeschaltet werden, beispielsweise ein hydrodynamischer Drehmomentwandler oder eine Reibkupplung. Dieses Anfahrelement kann dann auch Bestandteil des Getriebes sein und dient der Gestaltung eines Anfahrvorgangs, indem es eine Schlupfdrehzahl zwischen der Brennkraftmaschine und der Antriebswelle des Getriebes ermöglicht. Hierbei kann auch eines der Schaltelemente des Getriebes oder die evtl. vorhandene Trennkupplung als ein solches Anfahrelement ausgebildet sein, indem es bzw. sie als

Reibschaltelement vorliegt. Zudem kann auf jeder Welle des Getriebes prinzipiell ein Freilauf zum Getriebegehäuse oder zu einer anderen Welle angeordnet werden.

Das erfindungsgemäße Getriebe ist insbesondere Teil eines Kraftfahrzeugantriebsstranges und ist dann zwischen einer insbesondere als Brennkraftmaschine gestalteten Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges und weiteren, in Kraftflussrichtung zu Antriebsrädern des Kraftfahrzeuges folgenden Komponenten des Antriebsstranges angeordnet. Hierbei ist die Antriebswelle des Getriebes entweder permanent drehfest mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekoppelt oder über eine zwischenliegende Trennkupplung bzw. ein Anfahrelement mit dieser verbindbar, wobei zwischen Brennkraftmaschine und Getriebe zudem ein Torsionsschwingungsdämpfer vorgesehen sein kann. Abtriebsseitig ist das Getriebe innerhalb des Kraftfahrzeugantriebsstranges dann bevorzugt mit einem Achsgetriebe einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges gekoppelt, wobei hier allerdings auch eine Anbindung an ein Längsdifferential vorliegen kann, über welches eine Verteilung auf mehrere angetriebene Achsen des Kraftfahrzeuges stattfindet.

Dass zwei Bauelemente des Getriebes miteinander„verbunden" bzw.„gekoppelt" sind meint im Sinne der Erfindung eine permanente Verbindung dieser Bauelemente, so dass diese mit ein und derselben Drehzahl laufen. Insofern ist zwischen diesen Bauelementen, bei welchen es sich um Elemente der Planetenradsätze oder auch Wellen oder ein drehfestes Bauelement des Getriebes handeln kann, kein Schaltelement vorgesehen, sondern die entsprechenden Bauelemente sind starr miteinander verbunden.

Ist hingegen ein Schaltelement zwischen zwei Bauelementen des Getriebes vorgesehen, so sind diese Bauelemente nicht permanent drehfest miteinander gekoppelt, sondern eine drehfeste Koppelung wird erste über das zwischenliegende Schaltelement vorgenommen. Dabei bedeutet eine Betätigung des Schaltelements im Sinne der Erfindung, dass das betreffende Schaltelement in einen geschlossenen Zustand überführt wird und in der Folge die hieran anknüpfenden Bauelemente in ihren Drehbewegungen aneinander angleicht. Im Falle einer Ausgestaltung des betreffenden Schaltelements als formschlüssiges Schaltelement werden die hierüber drehfest miteinander verbundenen Bauelemente unter gleicher Drehzahl laufen, während im Falle eines kraftschlüssigen Schaltelements auch nach einem Betätigen desselbigen Drehzahlunterschiede zwischen den Bauelementen bestehen können. Dieser gewollte oder auch ungewollte Zustand wird im Rahmen der Erfindung dennoch als drehfeste Verbindung der jeweiligen Bauelemente über das Schaltelement bezeichnet.

Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges, in welchem ein erfindungsgemäßes Getriebe zur Anwendung kommt;

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Getriebes entsprechend einer ersten

Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß einer zweiten

Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Getriebes entsprechend einer dritten

Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß einer vierten

Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung; und

Fig. 6 ein beispielhaftes Schaltschema der Getriebe aus den Fig. 2 bis 5.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges, in welchem eine Verbrennungskraftmaschine VKM über einen zwischenliegenden

Torsionsschwingungsdämpfer TS mit einem Getriebe G verbunden ist. Dem Getriebe G ist abtriebsseitig ein Achsgetriebe AG nachgeschaltet, über welches eine Antriebsleistung auf Antriebsräder DW einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges verteilt wird.

Aus Fig. 2 geht eine schematische Darstellung des Getriebes G gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung hervor. Wie zu erkennen ist, umfasst das Getriebe G einen ersten Planetenradsatz P1 und einen zweiten Planetenradsatz P2. Jeder der Planetenradsätze P1 und P2 weist je ein erstes Element E11 bzw. E12, je ein zweites Element E21 bzw. E22 und je ein drittes Element E31 bzw. E32 auf. Das jeweilige erste Element E11 bzw. E12 ist dabei stets durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 gebildet, während das jeweilige zweite Element E21 bzw. E22 des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 als je ein Planetensteg vorliegt. Das jeweils noch verbleibende, dritte Element E31 bzw. E32 wird dann durch ein jeweiliges Hohlrad gebildet.

Die Planetenradsätze P1 und P2 sind vorliegend also jeweils als Minusplanetensätze gestaltet, bei welchen der jeweilige Planetensteg ein, bevorzugt aber mehrere Planetenräder drehbar gelagert führt, die jeweils im Einzelnen mit dem radial innenliegenden Sonnenrad und auch mit dem umliegenden Hohlrad im Zahneingriff stehen. Dort wo es die Anbindung zulässt, könnten aber auch einzelne oder auch beide Planetenradsätze P1 , P2 als sogenannte Plusplanetensätze ausgeführt werden, bei welchen ein jeweiliger Planetensteg mindestens ein Planetenradpaar trägt, von dessen Planetenrädern ein Planetenrad mit einem radial innenliegenden Sonnenrad und ein Planetenrad mit einem radial umliegenden Hohlrad im Zahneingriff stehen, sowie die Planetenräder des Radpaares untereinander kämmen. Im Vergleich zu einer jeweiligen Ausführung als Minusplanetensatz müsste dann das jeweilige zweite Element E21 bzw. E22 durch das jeweilige Hohlrad und das jeweilige dritte Element E31 bzw. E32 durch den jeweiligen Planetensteg gebildet und zudem eine jeweilige Getriebestandübersetzung um eins erhöht werden.

Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, umfasst das Getriebe G insgesamt fünf Schaltelemente in Form eines ersten Schaltelements K1 , eines zweiten Schaltelements K2, eines dritten Schaltelements B1 , eines vierten Schaltelements B2 und eines fünften

Schaltelements B3. Dabei sind die Schaltelemente K1 , K2 und B1 jeweils als kraftschlüssige Schaltelemente ausgeführt und liegen bevorzugt als Lamellenschaltele- mente vor, während die Schaltelemente B2 und B3 als formschlüssige Schaltelemente ausgestaltet sind. Bei letzteren kann es sich dabei um Klauenschaltelemente oder auch Sperrsynchronisationen handeln. Das erste Schaltelement K1 und das zweite Schaltelement K2 sind vorliegend als Kupplungen gestaltet, während das dritte Schaltelement B1 , das vierte Schaltelement B2 und das fünfte Schaltelement B3 als Bremsen vorliegen.

Eine Antriebswelle GW1 des Getriebes G kann zum einen über das erste Schaltelement K1 mit dem ersten Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 verbunden werden, welches starr mit dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden ist. Zum anderen kann die Antriebswelle GW1 mittels des zweiten Schaltelements K2 mit dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest gekoppelt werden, welches über das vierte Schaltelement B2 an einem drehfesten Bauelement GG des Getriebes G festgesetzt werden kann. Dabei handelt es sich bei dem drehfesten Bauelement GG insbesondere um ein Getriebegehäuse oder einen Teil eines Getriebegehäuses.

Abgesehen von der Anbindung an die Antriebswelle GW1 können das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 und das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 mittels des dritten Schaltelements B1 am drehfesten Bauelement GG festgesetzt werden. Des Weiteren sind das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 und das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 starr miteinander verbunden und stehen auch gemeinsam drehfest mit einer Abtriebswelle GW2 des Getriebes G in Verbindung. Schließlich kann noch das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 über das fünfte Schaltelement B3 am drehfesten Bauelement GG festgesetzt werden.

Die beiden Planetenradsätze P1 und P2 sind axial in der Reihenfolge erster Planetenradsatz P1 und zweiter Planetenradsatz P2 angeordnet, wobei das erste Schaltelement K1 und das dritte Schaltelement B1 axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz P2 abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes P1 platziert sind, auf welcher auch eine Anschlussstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 liegt. Hingegen sind das zweite Schaltelement K2 und auch das vierte Schaltelement B2 an einem hierzu entgegengesetzt liegenden axialen Ende des Getriebes G angeordnet und liegen damit auf einer dem ersten Planetenradsatz P1 abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes P2. Das fünfte Schaltelement B3 ist axial auf Höhe des ersten Planetenradsatzes P1 radial umliegend zu diesem platziert. Auf- grund der räumlichen Nähe könnten das erste Schaltelement K1 und das dritte Schaltelement B1 , sowie auch das zweite Schaltelement K2 und das vierte Schaltelement B2 über je eine gemeinsame Leitung versorgt werden.

Koaxial zur Anschlussstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 ist zudem eine Anschlussstelle GW2-A der Abtriebswelle GW2 ausgebildet, welche dabei axial zwischen dem ersten Planeten radsatz P1 und dritten Schaltelement B1 liegt. Die Anschlussstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 dient im Kraftfahrzeugantriebsstrang aus Fig. 1 einer Anbindung an die Verbrennungskraftmaschine VKM, während das Getriebe G an der Anschlussstelle GW2-A der Abtriebswelle GW2 mit dem nachfolgenden Achsgetriebe AG verbunden ist. Bevorzugt weist die Anschlussstelle GW2-A hierbei eine Verzahnung auf, welche im verbauten Zustand des Getriebes G mit einer zugehörigen Verzahnung einer nicht dargestellten Welle kämmt. Diese Welle ist dann achsparallel zu der An- und der Abtriebswelle GW1 und GW2 angeordnet, wobei auf dieser Welle dann ein Achsgetriebe angeordnet sein kann. Insofern ist das in Fig. 2 dargestellte Getriebe G für die Anwendung in einem Kraftfahrzeugantriebsstrang geeignet, welcher quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichtet ist

Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Getriebes G entsprechend einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, welche im Wesentlichen der in Fig. 2 dargestellten Variante entspricht. Im Unterschied zu der Variante nach Fig. 2 ist das dritte Element E31 des ersten Planeten radsatzes P1 starr mit dem drehfesten Bauelement GG verbunden, während das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 nicht permanent drehfest mit dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 gekoppelt ist, sondern mittels eines fünften Schaltelements K3 drehfest mit diesem in Verbindung gebracht werden kann. Dabei liegt das fünfte Schaltelement K3 axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem dritten Schaltelement B1 und ist als Kupplung gestaltet. Das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 kann dabei, wie schon bei der Variante nach Fig. 2, zum einen über das erste Schaltelement K1 mit der Antriebswelle GW1 verbunden und zum anderen mittels des dritten Schaltelements B1 am drehfesten Bauelement GG festgesetzt werden. Auch im Übrigen entspricht die Ausführungsform nach Fig. 3 der Variante nach Fig. 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird. Des Weiteren geht aus Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung hervor, welche erneut im Wesentlichen der Variante nach Fig. 2 entspricht. Unterschiedlich ist dabei, dass das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 permanent am drehfesten Bauelement GG festgesetzt ist, während das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 nicht permanent drehfest mit dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 und der Abtriebswelle GW2 gekoppelt ist, sondern mittels eines fünften Schaltelements K3 drehfest mit diesen in Verbindung gebracht werden kann. Das als Kupplung ausgeführte fünfte Schaltelement K3 liegt dabei axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2, wobei auch die Anschlussstelle GW2-A der Abtriebswelle GW2 in diesen Bereich gelegt ist. Das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 und die Abtriebswelle GW2 sind nach wie vor drehfest miteinander verbunden. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform nach Fig. 4 der Variante nach Fig. 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.

In Fig. 5 ist ein Getriebe G entsprechend einer vierten Ausführungsform der Erfindung dargestellt, welche im Wesentlichen der Variante aus Fig. 2 entspricht. Unterschiedlich ist dabei aber, dass zusätzlich eine Elektromaschine EM vorgesehen ist, deren Stator S am drehfesten Bauelement GG festgesetzt ist, während ein Rotor R der Elektromaschine EM drehfest mit der Antriebswelle GW1 verbunden ist. Des Weiteren kann die Antriebswelle GW1 an ihrer Anschlussstelle GW1-A über eine zwischenliegende Trennkupplung K0, welche vorliegend als Lamellenschaltelement gestaltet ist, mit einer Anschlusswelle AN drehfest verbunden werden, welche wiederum mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine VKM mittels des zwischenliegenden Torsionsschwingungsdämpfers TS verbunden ist.

Über die Elektromaschine EM kann dabei ein rein elektrisches Fahren realisiert werden, wobei in diesem Fall die Trennkupplung K0 geöffnet wird, um die Antriebswelle GW1 von der Anschlusswelle AN zu entkoppeln und die Verbrennungskraftmaschine VKM nicht mitzuschleppen. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform nach Fig. 5 der Variante nach Fig. 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.

In Fig. 6 ist ein beispielhaftes Schaltschema für die jeweiligen Getriebe G aus den Fig. 2 bis 5 tabellarisch dargestellt. Wie zu erkennen ist, können hierbei jeweils insgesamt vier Vorwärtsgänge 1 bis 4, sowie ein Rückwärtsgang R1 realisiert werden, wobei in den Spalten des Schaltschemas mit einem X jeweils gekennzeichnet ist, welches der Schaltelemente K1 , K2, B1 , B2 und B3 bzw. K3 in welchem der Vorwärtsgänge 1 bis 4 und dem Rückwärtsgang R1 jeweils geschlossen ist. In jedem der Vorwärtsgänge 1 bis 4 und dem Rückwärtsgang R1 sind dabei jeweils zwei der Schaltelemente K1 , K2, B1 , B2 und B3 bzw. K3 geschlossen, wobei bei einer aufeinanderfolgenden Schaltung der Vorwärtsgänge 1 bis 4 je eines der beteiligten Schaltelemente zu öffnen und ein anderes Schaltelement im Folgenden zu schließen ist.

Wie in Fig. 6 zu erkennen ist, wird ein erster Vorwärtsgang 1 durch Betätigen des ersten Schaltelements K1 und des fünften Schaltelements B3 bzw. K3 geschaltet, wobei hiervon ausgehend ein zweiter Vorwärtsgang 2 gebildet wird, indem das erste Schaltelement K1 geöffnet und im Folgenden das zweite Schaltelement K2 geschlossen wird. Im Weiteren kann dann in einen dritten Vorwärtsgang 3 geschaltet werden, indem das fünfte Schaltelement B3 bzw. K3 geöffnet und das erste Schaltelement K1 wiederum geschlossen wird. Ausgehend davon ergibt sich dann ein vierter Vorwärtsgang 4 durch Öffnen des ersten Schaltelements K1 und Schließen des dritten Schaltelements B1.

Der Rückwärtsgang R1 , in welchem eine Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges auch bei Antrieb über die Verbrennungskraftmaschine VKM realisiert werden kann, wird hingegen durch Schließen des ersten Schaltelements K1 und des vierten Schaltelements B2 geschaltet.

Wie in den Fig. 2 bis 5 dargestellt ist, sind die Schaltelemente B2 und B3 bzw. K3 als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt. Jedoch könnten die beiden Schaltele- mente B2 und B3 bzw. K3 jeweils auch als kraftschlüssiges Schaltelement, wie beispielsweise als Lamellenschaltelement, realisiert sein.

Die in Fig. 5 gezeigte Anordnung einer Elektromaschine EM kann auch entsprechend bei den Varianten der Fig. 2 bis 4 zur Anwendung kommen, indem ein Rotor R der Elektromaschine entsprechend drehfest mit der Antriebswelle GW1 verbunden wird.

Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen kann ein Getriebe mit kompaktem Aufbau und einem guten Wirkungsgrad realisiert werden.

Bezuqszeichen

G Getriebe

GG Drehfestes Bauelement

P1 Erster Planetenradsatz

E11 Erstes Element des ersten Planetenradsatzes

E21 Zweites Element des ersten Planeten radsatzes

E31 Drittes Element des ersten Planetenradsatzes

P2 Zweiter Planetenradsatz

E12 Erstes Element des zweiten Planetenradsatzes

E22 Zweites Element des zweiten Planetenradsatzes

E32 Drittes Element des zweiten Planetenradsatzes

K1 Erstes Schaltelement

K2 Zweites Schaltelement

B1 Drittes Schaltelement

B2 Viertes Schaltelement

B3 Fünftes Schaltelement

K3 Fünftes Schaltelement

1 Erster Vorwärtsgang

2 Zweiter Vorwärtsgang

3 Dritter Vorwärtsgang

4 Vierter Vorwärtsgang

R1 Rückwärtsgang

GW1 Antriebswelle

GW1-A Äußere Schnittstelle der Antriebswelle

GW2 Abtriebswelle

GW2-A Äußere Schnittstelle der Abtriebswelle

EM Elektromaschine

S Stator

R Rotor

AN Anschlusswelle

KO Trennkupplung

VKM Verbrennungskraftmaschine TS Torsionsschwingungsdämpfer AG Achsgetriebe

DW Antriebsräder

Claims

Patentansprüche

1. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Antriebswelle (GW1) und eine Abtriebswelle (GW2), sowie einen ersten (P1) und einen zweiten Planetenradsatz (P2), wobei die Planeten radsätze (P1 , P2) jeweils mehrere Elemente (E11 , E12, E21 , E22, E31 , E32) in Form je eines Sonnenrades, je eines Hohlrades und je eines Planetensteges umfassen und dem Führen eines Kraftflusses von der Antriebswelle (GW1) zu der Abtriebswelle (GW2) dienen, wobei ein erstes (K1), ein zweites (K2), ein drittes (B1 ), ein viertes (B2) und ein fünftes Schaltelement (B3; K3) vorgesehen sind, durch deren selektive Betätigung die Planetenradsätze (P1 , P2) unter Schaltung unterschiedlicher Gänge (1 bis 4, R1) zwischen An- (GW1) und Abtriebswelle (GW2) untereinander koppelbar sind, wobei

die Antriebswelle (GW1 ) zum einen über das erste Schaltelement (K1 ) mit dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) und zum anderen mittels des zweiten Schaltelements (K2) mit dem zweiten Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest verbindbar ist,

wobei das erste Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) zudem über das dritte Element (B1) an einem drehfesten Bauelement (GG) festsetzbar ist, mit welchem das zweite Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) mittels des vierten Schaltelements (B2) drehfest koppelbar ist,

und wobei das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest mit der Abtriebswelle (GW2) verbunden ist.

2. Getriebe (G) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest mit dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbunden ist, dessen drittes Element (E32) zudem drehfest mit dem zweiten Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) in Verbindung steht, wobei das dritte Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) über das fünfte Schaltelement (B3) am drehfesten Bauelement (GG) festsetzbar ist.

3. Getriebe (G) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) permanent am drehfesten Bauelement (GG) festgesetzt ist, wohingegen das zweite Element (E21) des ersten Plane- tenradsatzes (P1) mit dem dritten Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest in Verbindung steht, wobei das erste Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) über das fünfte Schaltelement (K3) drehfest mit dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) koppelbar ist.

4. Getriebe (G) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) permanent am drehfesten Bauelement (GG) festgesetzt und das erste Element (E11 ) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest mit dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbunden ist, wobei das zweite Element (E21 ) des ersten Planetenradsatzes (P1) über das fünfte Schaltelement (K3) mit dem dritten Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest koppelbar ist.

5. Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Vorwärtsgang (1 ) durch Betätigen des ersten (K1 ) und des fünften Schaltelements (B3; K3), ein zweiter Vorwärtsgang (2) durch Betätigen des zweiten (K2) und des fünften Schaltelements (B3; K3), ein dritter Vorwärtsgang (3) durch Betätigen des ersten (K1 ) und des zweiten Schaltelements (K2), ein vierter Vorwärtsgang (4) durch Betätigen des zweiten (K2) und des dritten Schaltelements (B1 ), sowie ein Rückwärtsgang (R1) durch Betätigen des ersten (K1) und des vierten Schaltelements (B2) schaltbar ist.

6. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Planetenradsatz (P1 , P2) als Minus-Planetensatz vorliegt, wobei es sich bei dem jeweiligen ersten Element (E11 , E12) des jeweiligen Planetenradsatzes (P1 , P2) um ein jeweiliges Sonnenrad, bei dem jeweiligen zweiten Element (E21, E22) des jeweiligen Planetenradsatzes (P1 , P2) um einen jeweiligen Planetensteg und bei dem jeweiligen dritten Element (E31 , E32) des jeweiligen Planetenradsatzes (P1 , P2) um ein jeweiliges Hohlrad handelt.

7. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Planetenradsatz als Plus-Planetensatz vorliegt, wobei es sich bei dem jeweiligen ersten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein jeweiliges Sonnenrad, bei dem jeweiligen zweiten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein jeweiliges Hohlrad und bei dem jeweiligen dritten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um einen jeweiligen Planetensteg handelt.

8. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Schaltelemente (K1 , K2, B1) jeweils als kraftschlüssiges Schaltelement realisiert sind.

9. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vierte Schaltelement (B2) und/oder das fünfte Schaltelement (B3; K3) als formschlüssiges Schaltelement realisiert ist.

10. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste (K1 ) und/oder das dritte Schaltelement (B1 ) auf einer einer Anschlussstelle (GW1-A) der Antriebswelle (GW1) zugewandten Seite des ersten Planetenradsatzes (P1) angeordnet sind.

11. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltelement (K2) und/oder das vierte Schaltelement (B2) auf einer einer Anschlussstelle (GW1-A) der Antriebswelle (GW1) abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes (P2) angeordnet ist.

12. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Anschlussstellen (GW1-A, GW2-A) der An- (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) koaxial zueinander liegen.

13. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektromaschine (EM) vorgesehen ist, deren Rotor (R) mit einem Bauelement oder mit der Antriebswelle (GW1 ) drehfest gekoppelt ist.

14. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zudem eine Trennkupplung (K0) vorgesehen ist, über welche die Antriebswelle (GW1) mit einer Anschlusswelle (AN) drehfest verbindbar ist.

15. Kraftfahrzeugantriebsstrang, umfassend ein Getriebe (G) nach einem oder auch mehreren der Ansprüche 1 bis 14.