WO2019076529A1 - Getriebe für ein kraftfahrzeug, kraftfahrzeugantriebsstrang damit und verfahren zum betreiben des getriebes - Google Patents

Getriebe für ein kraftfahrzeug, kraftfahrzeugantriebsstrang damit und verfahren zum betreiben des getriebes Download PDF

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WO2019076529A1
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WO
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planetary gear
gear set
switching element
drive shaft
transmission
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PCT/EP2018/073942
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Johannes Kaltenbach
Uwe Griesmeier
Stefan Beck
Matthias Horn
Viktor Warth
Michael Roske
Fabian Kutter
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • F16H37/06—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts
    • F16H37/065—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with a plurality of driving or driven shafts
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    • F16H2200/20—Transmissions using gears with orbital motion
    • F16H2200/2097—Transmissions using gears with orbital motion comprising an orbital gear set member permanently connected to the housing, e.g. a sun wheel permanently connected to the housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/62—Gearings having three or more central gears
    • F16H3/66—Gearings having three or more central gears composed of a number of gear trains without drive passing from one train to another
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/72—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously
    • F16H3/724—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously using external powered electric machines
    • F16H3/725—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously using external powered electric machines with means to change ratio in the mechanical gearing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the invention relates to a transmission for a motor vehicle, comprising an electric machine, a first drive shaft, a second drive shaft, an output shaft, and a first planetary gear set and a second planetary gear set, wherein the planetary gear sets each comprise a plurality of elements, wherein a first, a second , a third and a fourth switching element are provided, and wherein a rotor of the electric machine is in communication with the second drive shaft
  • transmissions which, in addition to a wheelset, also have one or more electric machines.
  • the transmission is usually designed to be more continuous, d. H.
  • the transmission is used to implement a traction power supply of a prime mover of the motor vehicle in terms of various criteria suitable.
  • the gears of the transmission are usually used in conjunction with the at least one electric machine to represent a purely electric driving. Often, the at least one electric machine can also be incorporated in the transmission to display different modes of operation in different ways.
  • DE 10 201 1 005 531 A1 discloses a motor vehicle drive train of a hybrid vehicle, wherein in the motor vehicle drive train an engine in the form of an internal combustion engine is connected via a transmission to an axle drive of a drive axle of the motor vehicle.
  • the transmission has two drive shafts and one output shaft and includes two planetary gear sets and an electric machine. Furthermore, four switching elements are provided, via which different power flows can be realized by one or both drive shafts to the output shaft, showing different gears. It is the object of the present invention to provide an alternative embodiment to the known from the prior art transmission for a motor vehicle, with which in a compact structure different operating modes can be displayed in a suitable manner.
  • a transmission comprises an electric machine, a first drive shaft, a second drive shaft, an output shaft and a first planetary gear set and a second planetary gear set.
  • the planetary gear sets comprise several elements, wherein in addition a first, a second, a third and a fourth switching element are provided by the selective actuation of different power flow guides can be represented by switching different gears.
  • a rotor of the electric machine communicates with the second drive shaft.
  • a “shaft” in the sense of the invention means a rotatable component of the transmission via which respective associated components of the transmission are non-rotatably connected or via which such a connection is produced upon actuation of a corresponding switching element or radially or else both axially and radially connect to each other.
  • the respective shaft can also be present as an intermediate piece, via which a respective component, for example, radially connected.
  • axial in the sense of the invention is meant an orientation in the direction of an axis along which the planetary gear sets are arranged coaxially to one another.
  • Ring is understood to mean an orientation in the diametric direction of a shaft lying on this axis.
  • the output shaft of the transmission has a toothing, via which the output shaft is then operatively connected in the motor vehicle drive train with an axially parallel to the output shaft arranged differential gear.
  • the toothing is preferably provided at a connection point of the output shaft, wherein this connection point of the output shaft can be axially in the region of one end of the transmission, on which a connecting point of the first drive shaft producing the connection to the upstream drive machine is provided.
  • This type of arrangement is particularly suitable for use in a motor vehicle with a transversely oriented to the direction of travel of the motor vehicle drive train.
  • an output of the transmission may also be provided on an axial end of the transmission which is opposite to a connection point of the first drive shaft.
  • a connection point of the output shaft is then configured coaxially to a connection point of the first drive shaft at an axial end of the output shaft, so that drive and output of the transmission are placed at opposite axial ends of the transmission.
  • a gear designed in this way is suitable for use in a motor vehicle with a drive train aligned in the direction of travel of the motor vehicle.
  • the planetary gear sets are preferably axially on the junction of the first drive shaft following in the order of first planetary gear set and second planetary gear arranged. However, this order may be reversed in the invention, so that then first the second planetary gear set axially follows the junction of the first drive shaft.
  • the invention now includes the technical teaching that the first drive shaft via the first switching element can be rotatably connected to the output shaft, while the second drive shaft with the first drive shaft by means of the second switching element rotatably connected can be connected. Furthermore, in the first planetary gear set there is a first coupling of the first element of the first planetary gear set with a non-rotatable component, a second coupling of the second element of the first planetary gear set with the output shaft, and a third coupling of the third element of the first planetary gear set with the second drive shaft, wherein of these couplings two couplings exist as permanent non-rotatable connections, while in the remaining coupling a rotationally fixed connection can be made by means of the third switching element.
  • a first coupling of the first element of the second planetary gear set with the rotationally fixed component a second coupling of the second element of the second planetary gear set with the second drive shaft, and a third coupling of the third element of the second planetary gear set to the output shaft.
  • two couplings as non-rotatable connections while in the remaining coupling a rotationally fixed connection can be made via the fourth switching element.
  • first planetary gear set there are three couplings of the elements of the first planetary gear set in the transmission according to the invention.
  • a first coupling in the form of the first element of the first planetary gear set with a rotationally fixed component is present, while in the case of the second element of the first planetary gear set, there is a second coupling to the output shaft.
  • a third coupling is then present in the form of the third element of the first planetary gear set with the second drive shaft.
  • Two of the three aforementioned couplings are realized as permanent non-rotatable connections, while the remaining coupling is present as a connection, which is made rotatably only by closing the third switching element.
  • a “coupling” is to be understood as meaning a connection which either consists of a permanently non-rotatable connection or is made non-rotatable only by actuating a respective switching element.
  • the first switching element and the second switching element are thus in the form of clutches which, when actuated, adjust the components of the transmission which are to be connected to one another in a rotationally fixed manner, possibly in their rotational movements, and then connect them to one another in a torque-proof manner.
  • the third switching element and the fourth switching element depending on in which of the couplings they are each used, either also as a clutch or as a brake ago, which sets the respective associated component and prevents subsequent rotation.
  • a respective rotationally fixed connection of the rotatable components of the transmission is realized according to the invention preferably via one or more intermediate waves, which may also be present as a short intermediate pieces in spatially dense position of the components.
  • the components which are permanently connected to one another in a rotationally fixed manner can each be present either as individual components which are connected to one another in a torque-proof manner or also in one piece.
  • the respective components and the possibly existing shaft are then formed by a common component, wherein this is especially realized just when the respective components are spatially close to each other in the transmission.
  • a connection is likewise preferably realized via one or more intermediate shafts.
  • a setting is done by non-rotatable connection with a rotationally fixed component of the transmission, which is preferably a permanently stationary component, preferably a housing of the transmission, a part of such a housing or a rotatably connected thereto component.
  • a rotationally fixed component of the transmission which is preferably a permanently stationary component, preferably a housing of the transmission, a part of such a housing or a rotatably connected thereto component.
  • the first element of the first planetary gear set and the first element of the second planetary gear set are each either permanently fixed or are stopped by actuation of the corresponding switching element. If both the first element of the first planetary gear set and the first element of the second planetary gear set permanently fixed, it is conceivable in the context of the invention that the first element of the first planetary gear set and the first element of the second planetary gear set are rotatably connected and fixed together.
  • the two elements of the planetary gear sets but also be set independently.
  • connection of the rotor of the electric machine to the second drive shaft of the transmission means such a connection between them that a constant speed dependency prevails between the rotor of the electric machine and the second drive shaft
  • the rotor of the electric machine either directly rotatably connected to the second drive shaft or be coupled via one or more intermediate gear ratios with this, the latter having a more favorable design of the electric machine with
  • the at least one gear stage may be embodied as a spur gear stage and / or as a planetary gear stage Ann also more preferably axially in the field of electric machine and radially inboard lying to this, so that the axial construction length of the transmission can be shortened.
  • the one or more translation stages can also be realized in detail either as a spur gear or as a planetary stage.
  • a traction drive may be either a belt drive or a chain drive.
  • an inventive transmission is characterized by a compact design, low component loads, good gear efficiency and low losses.
  • the first element of the first planetary gearset and the first element of the second planetary gear set are respectively set, while the third element of the first planetary gear set and the second element of the second planetary gear set are each rotatably connected to the second drive shaft.
  • the output shaft can be non-rotatably connected to the second element of the first planetary gear set via the third shift element and can be connected in a rotationally fixed manner to the third element of the second planetary gear set by means of the fourth shift element.
  • the second coupling is made only with closing of the third switching element as a rotationally fixed connection, whereas in the case of the second planetary gear set, the third coupling is the third coupling.
  • the third switching element and the fourth switching element are thus each as clutches.
  • the first switching element, the second switching element, the third switching element and the fourth switching element are axially provided on a side facing away from the second planetary gearset of the first planetary gear, in which case the third switching element adjacent to the first planetary gear and then axially first, the fourth switching element , then follow the first switching element and finally the second switching element.
  • at least one of the four shift elements provide axially between the first planetary gear set and the second planetary gear set.
  • the four shift elements are all provided axially between the two planetary gear sets, in which case the third shift element is provided axially adjacent to the first planetary gear set and then axially follow first the fourth shift element, then the first shift element and finally the second shift element.
  • a pressure medium supply of the first and the second switching element takes place in particular via the first drive shaft, while the third and the fourth switching element are preferably supplied via the output shaft with pressure medium.
  • the third switching element and the fourth switching element are placed axially between the first planetary gear set and the second planetary gear, wherein the third switching element is axially between the first planetary gear set and the fourth switching element.
  • the first switching element and the second switching element are then axially provided on a side facing away from the second planetary gearset side of the first planetary gear set, in which case the first switching element is provided axially between the second switching element and the first planetary gear set.
  • a pressure medium supply of the third and the fourth switching element is preferably effected via the output shaft.
  • the third element of the first planetary gear and the second element of the second planetary gear each rotatably connected to the second drive shaft in connection, while the second element of the first planetary gear and the third element of the second planetary gear are each rotatably connected to the output shaft
  • the first element of the first planetary gear set via the third switching element and the first element of the second planetary gear set can be fixed in each case by means of the fourth switching element.
  • the first coupling is thus configured in the first planetary gear set and also in the second planetary gear set such that a rotationally fixed connection is formed only by actuating the third or the fourth switching element.
  • the third Switching element and the fourth switching element are thus designed in each case as brakes in this case.
  • the four switching elements are provided axially on a side facing away from the second planetary gearset of the first planetary, in which case the fourth switching element is further axially adjacent to the first planetary and then axially first the third switching element, then the first switching element and finally the second Follow switching element.
  • first switching element and the second switching element are placed axially on a side facing away from the second planetary gear set of the first planetary, while the third switching element and the fourth switching element axially on a side facing away from the first planetary gear set of the second Planetary gear are provided.
  • first switching element and the second switching element are provided axially between the Planetenrad accountsn, wherein the first switching element is then arranged axially then between the first planetary gear set and the second switching element.
  • the third switching element is then preferably provided axially on a side of the first planetary gear set facing away from the second planetary gear set, whereas the fourth shifting element lies axially in particular on a side of the second planetary gear set facing away from the first planetary gear set.
  • a pressure medium supply of the first and the second switching element can then take place in particular via the first drive shaft.
  • first switching element and the third switching element can be axially provided on a side facing away from the second planetary gearset side of the first planetary gear set, while the second switching element and the fourth switching element placed axially on a side facing away from the first planetary gear set side of the second planet are.
  • first switching element, the second switching element and the fourth switching element can be arranged in a further alternative axially on a side facing away from the first planetary gear set side of the second planetary gear set, while the third Switching element lies axially on a side facing away from the second planetary gear set side of the first planetary gear set.
  • the first element of the first planetary gear set and the first element of the second planetary gear set are each set, while the second element of the first planetary gear set and the third element of the second planetary gear set are each rotatably connected to the output shaft. Furthermore, the second drive shaft via the third switching element rotatably connected to the third element of the first planetary gear set and are rotatably connected by means of the fourth switching element with the second element of the second planetary gear in combination.
  • the third coupling is made non-rotatable only by closing the third switching element and the second planetary gear set, the second coupling only by pressing the fourth switching element, wherein the third switching element and the fourth switching element are each present as a clutch.
  • first and the second switching element are provided axially on a side facing away from the second planetary gear set side of the first planetary gear
  • third switching element and the fourth switching element are axially between the first planetary gear set and the second planetary gear set.
  • the latter can be supplied via the second drive shaft with pressure medium.
  • the first switching element is axially provided between the second switching element and the first planetary gear set
  • the third switching element is located axially between the first planetary gear set and the fourth switching element.
  • the four switching element axially on a side facing away from the first planetary gear set side of the second planetary gear set, in which case the fourth shift element axially adjacent in particular to the second planetary gear set and then axially first, the third switching element, then the first Switching element and finally follow the second switching element.
  • all three variants result in exactly three gears between the first drive shaft and the output shaft.
  • these three gears can be further preferably realized by selectively closing the switching elements. This results in a first gear between the first drive shaft and the output shaft by operating the second and the third switching element, whereas a second gear between the first drive shaft and the output shaft in a first variant can be switched by closing the first and the third switching element.
  • the second, effective between the first drive shaft and the output shaft gear can still be realized in a second variant by operating the first and the fourth switching element.
  • the second, effective between the first drive shaft and the output shaft gear already results already by closing the first switching element, since then already the first drive shaft and the output shaft are rotatably connected to each other.
  • a shift between the two variants of the second gear is actually only required to prepare a circuit in the third gear or the first gear respectively.
  • a third gear between the first drive shaft and the output shaft by closing the second and the fourth switching element results.
  • gear jumps between the first gear and the second gear, as well as between the second gear and the third gear can be well designed, since a stand over tion of the first planetary gear set only influence on the gear jump between the first and second gear and a stationary gear ratio of the second planetary gear set only has an influence on the gear jump between the second and the third gear.
  • at preferred stand ratios of the planetary gear sets of -2.5 suitable translations in the three courses and small gear jumps between the gears at a gear spread of then about 2.0 arise.
  • only low speed factors and differential speed factors occur in the three gears in the individual components of the transmission.
  • a first gear between the second drive shaft and the output shaft for a purely electric driving can be used, this first gear results by closing the third switching element.
  • the rotor of the electric machine via the first planetary gear set is connected to the output shaft, wherein a translation of this first gear corresponds to a translation of the first, effective between the first drive shaft and the output shaft gear.
  • a second gear between the second drive shaft and the output shaft for a purely electric driving can still be realized.
  • the fourth switching element is actuated, so that then the rotor of the electric machine via the second planetary gear set is in communication with the output shaft.
  • a translation of this second, effective between the second drive shaft and output shaft gear corresponds to a translation of the third, effective between the first drive shaft and the output shaft gear.
  • the upstream prime mover can be started in the first or in the second, between the first drive shaft and the output shaft effective gear, as to each of these third switching element is involved.
  • a state of the upstream drive machine by additional closing of the first switching element or the second switching element take place, in which case then the second or third, between the first drive shaft and output shaft effective gear is switched.
  • a charging operation of an electrical energy storage can be realized by only the second switching element closed and thus a connection of the first drive shaft with the electric machine and thus also the upstream drive machine is made with the electric machine. At the same time no frictional connection to the output shaft is made, so that the transmission is in a neutral position. Apart from a loading operation, this can also be used to start the preceding drive machine via the electric machine.
  • load circuits can be represented with traction support: when changing gear between the first, between the first drive shaft and the output shaft effective gear and the first variant of the second, between the first drive shaft and output shaft effective gear, the tensile force is supported by the electric machine with the third switching element closed be, with the synchronization of the closing, first switching element takes place via a speed control of the upstream drive machine.
  • a gear change between the variants of the second, between the first drive shaft and output shaft effective gear can be done with closed first switching element, in which case, however, the upstream drive machine supports the traction and realizes a synchronization of closing, fourth switching element based on a speed control of the electric machine becomes.
  • the tractive force is applied via the electric machine when the fourth shift element is closed.
  • the second switching element is carried out by speed control of the upstream drive machine.
  • a further electric machine is provided, whose rotor is in communication with the first drive shaft.
  • Such an embodiment has the advantage that thereby further driving conditions can be realized.
  • this may possibly be realized directly starting the upstream drive machine, if this is designed as an internal combustion engine.
  • the additional electric machine can assist the upstream prime mover in the synchronization of switching elements.
  • the other electric machine can be arranged coaxially or off-axis, with the interposition of one or more translation stages is also conceivable here.
  • the first drive shaft can be rotatably connected via a fifth switching element with a connecting shaft, which in turn is coupled to the drive machine upstream of the transmission.
  • the fifth switching element can in principle be designed as a non-positive or as a form-locking switching element, but is particularly preferred as a dog clutch. Accordingly, the preceding drive machine can also be completely decoupled from the transmission via the fifth shifting element, so that a purely electrical operation can be realized without difficulty.
  • one or more switching elements are each realized as a form-locking switching element.
  • the respective switching element is preferably designed either as a claw switching element or as a blocking synchronization.
  • Form-fitting switching elements have the advantage over non-positive switching elements that in the open state lower drag losses occur, so that it is possible to achieve a better efficiency of the transmission.
  • all switching elements are realized as form-fitting switching elements, so that the lowest possible drag losses can be achieved.
  • the first switching element and the second switching element are summarized to form a pair of switching elements, which is associated with an actuating element. In this case, on the one hand the first switching element and on the other hand the second switching element can be actuated via the actuating element from a neutral position. This has the advantage that this combination reduces the number of actuators and thus the production cost can be reduced.
  • the third switching element and the fourth switching element are summarized to a pair of switching elements, which is associated with an actuating element.
  • This actuator can be actuated from a neutral position, on the one hand, the third switching element and on the other hand, the fourth switching element.
  • the production effort can be reduced by using an actuating device for both switching elements by combining the two switching elements into a pair of switching elements.
  • both aforementioned switching element pairs are realized, so that the four switching elements of the transmission can be actuated via two actuators. This makes it possible to realize a particularly low production cost.
  • the rotor of the electric machine is connected to the second drive shaft via a third planetary gearset, of which elements a first element is fixed and a second element is connected to the second drive shaft, while a third element of the third planetary gear set is in communication with the rotor of the electric machine.
  • the planetary gear sets each present as a minus planetary gear set, wherein it is a sun gear at the first element of the respective planetary gear, at the second element of each planetary gear set and at the third element of the respective planetary gear is a ring gear.
  • a minus planetary set is composed in a manner known in principle to the person skilled in the art from the elements sun gear, planet carrier and ring gear, wherein the planet carrier at least one, but preferably several planetary gears rotatably mounted, in each case with both the sun gear, and the combing the surrounding ring gear.
  • one or more planetary gear sets if it allows the connection of the respective elements, as a plus-planetary gear, wherein it is the first element of the respective planetary gear then a sun gear, in the second element of the respective planetary gear around a ring gear and the third element of the respective planetary gear set is a planetary land.
  • a plus-planetary gear set the elements sun gear, ring gear and planet web are also present, the latter leading at least one pair of planetary gears, in which one planetary gear with the inner sun gear and the other planet gear meshing with the surrounding ring gear, and the planetary gears with each other comb.
  • a minus planetary gear set can be converted into a plus-planetary gear set, in which case compared to the design as a minus planetary gear set the Hohlrad- and the Planetensteganitati to swap with each other, and a Getrie istübera is to increase by one.
  • a plus planetary gear set could be replaced by a minus planetary gear set, if the connection of the elements of the transmission makes this possible.
  • the ring gear and the planet web connection would then also have to be exchanged with each other, as well as a transmission gear ratio reduced by one.
  • the first and the second planetary gear set are preferably in the form of minus planetary gear sets, with any third planetary gear set optionally also being designed as a minus planetary gearset.
  • the transmission can be preceded by a starting element, for example a hydrodynamic torque converter or a friction clutch.
  • This starting element can then also be part of the transmission and serves to design a start-up process by enabling a slip speed between the drive machine designed in particular as an internal combustion engine and the first drive shaft of the transmission.
  • one of the switching elements of the transmission or the possibly existing separating clutch can be designed as such a starting element by being present as a friction switching element.
  • a freewheel to the transmission housing or to another shaft can in principle be arranged on each shaft of the transmission.
  • the transmission according to the invention is in particular part of a motor vehicle drive train for a hybrid or electric vehicle and is then arranged between a designed as an internal combustion engine or as an electric machine prime mover of the motor vehicle and further, in the direction of power flow to drive wheels of the motor vehicle following components of the drive train.
  • the first drive shaft of the transmission is either permanently rotatably coupled to a crankshaft of the internal combustion engine or the rotor shaft of the electric machine or connected via an intermediate disconnect clutch or a starting element with this, between a combustion engine and the transmission also a torsional vibration damper can be provided.
  • the transmission within the motor vehicle drive train is then preferably coupled to a differential gear of a drive axle of the motor vehicle, although here also a connection to a longitudinal differential may be present, via which a distribution takes place on a plurality of driven axles of the motor vehicle.
  • the differential gear or the longitudinal differential can be arranged with the transmission in a common housing.
  • an optionally existing torsional vibration damper can also be integrated into this housing.
  • a switching element is provided between two components, then these components are not permanently coupled to one another in a rotationally fixed manner, but instead a rotationally fixed coupling is made by actuating the intermediate switching element.
  • an actuation of the switching element in the sense of the invention means that the relevant switching element is transferred into a closed state and, as a result, the components directly coupled to it in their rotational movements equal to one another.
  • the relevant switching element as a form-locking switching element on this directly rotatably interconnected components are running at the same speed, while in the case of a non-positive switching element can also exist after pressing desselbigen speed differences between the components.
  • This intentional or unwanted state is still referred to in the context of the invention as a rotationally fixed connection of the respective components via the switching element.
  • FIG. 1 is a schematic view of a motor vehicle drive train according to a first variant, with a transmission according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a schematic representation of a motor vehicle drive train according to a second variant, with a transmission according to a second embodiment of the invention
  • Fig. 3 is an exemplary circuit diagram of the transmission of the motor vehicle drive trains of Figures 1 and 2.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a motor vehicle drive train according to a third variant, with the transmission according to the first embodiment of the invention
  • Fig. 5 is a tabular representation of different states of the motor vehicle drive train of Fig. 4;
  • FIG. 6 shows a schematic view of a motor vehicle drive train according to a fourth variant, with a transmission according to a third embodiment of the invention
  • Fig. 7 is a tabular representation of different states of the motor vehicle drive train of Fig. 6;
  • FIG. 1 shows a schematic view of a motor vehicle drive train of a hybrid vehicle, wherein in the motor vehicle drive train an internal combustion engine VKM is connected to a transmission G via an intermediate torsional vibration damper TS.
  • the transmission G is the output side, a differential gear AG downstream, via which a drive power on - present not shown - driving wheels of a drive axle of the motor vehicle is distributed.
  • the gear G and the torsional vibration damper TS are preferably arranged in a common housing of the transmission G, in which more preferably then the differential gear AG is integrated.
  • the internal combustion engine VKM, the torsional vibration damper TS, the transmission G and also the differential gear AG are aligned transversely to a direction of travel of the motor vehicle.
  • the transmission G has a first drive shaft GW1, a second drive shaft GW2 and an output shaft GWA, which are coaxial with each other.
  • the transmission G has two sets of planetary gear P1 and P2, each composed of a first element E1 1 and E12, each a second element E21 and E22 and a third element E31 and E32 and also coaxial with the Drive shafts GW1 and GW2 and the output shaft GWA are arranged.
  • the respective first element E1 1 or E12 of the respective planetary gear set P1 or P2 is formed by a respective sun gear, while the respective second element E21 or E22 of the respective planetary P1 or P2 is present as a respective planet web.
  • the respective third element E31 or E32 of the respective planetary gear P1 or P2 is formed by a respective ring gear of the respective planetary gear sets P1 and P2.
  • the two planetary gear sets P1 and P2 are in the present case designed as a minus planetary gear sets by the respective planetary web at least one planet rotatably mounted, which is in mesh with both the respective radially inner sun gear, as well as the respective surrounding ring gear.
  • both in the first planetary gear set P1, and the second planetary gear P2 are each a plurality of planetary gears guided by the respective planetary web, which then mesh in detail with the respective sun gear and the respective ring gear.
  • the respective second element E21 or E22 would then be formed by the respective ring gear and the respective third element E31 or E32 through the planet web.
  • the latter would then lead rotatably mounted at least one pair of planetary gears, from whose planet gears a planetary gear meshes with the respective radially inner sun gear and a planetary gear with the respective radially surrounding ring gear, wherein the planetary gears of the at least one pair of planet gears also mesh with each other.
  • a respective stand translation would be reduced by one.
  • the first drive shaft GW1 is rotatably connected to an output side of the upstream torsional vibration damper TS and can be rotatably connected via a first switching element A to the output shaft GWA.
  • the first drive shaft GW1 can still be brought into engagement with the second drive shaft GW2 by closing a second shift element B, which runs axially adjacent to the first drive shaft GW1 and radially inwardly to the output shaft GWA designed as a hollow shaft.
  • the second output shaft GW2 is non-rotatably connected to a rotor R1 of an electric machine EM1 of the transmission G, wherein the electric machine EM1 is provided coaxially with the two planetary gear sets P1 and P2 and thereby axially substantially at the height of the two planetary gear sets P1 and P2 and radially surrounding these is placed.
  • a stator S1 of the electric machine EM1 is fixed to a non-rotatable component GG of the transmission G, which is in particular the housing of the transmission G or a part of the housing.
  • the second output shaft GW2 is permanently rotatably connected to the third element E31 of the first planetary gear P1 and the second element E22 of the second planetary gear set P2, so that the rotor R1 of the electric machine EM1 permanently rotatably with these two elements E31 and E22 is in communication.
  • the output shaft GWA apart from the rotationally fixed connectivity with the first drive shaft GW1 nor by pressing a third switching element C rotatably with the second element E21 of the first planetary gear set P1 and by means Closing a fourth switching element D rotatably connected to the third element E32 of the second planetary gear set P2.
  • the output shaft GWA is coupled to the axle drive AG in that the output shaft GWA is non-rotatably connected to a first spur gear SR1 which is part of a first spur gear SRS1 and meshes with a second spur gear SR2 of this spur gear SRS1.
  • the second spur gear SR2 is rotatably placed on an intermediate shaft ZW, which also rotatably leads a first spur gear SR3 a second spur gear SRS2.
  • the first spur gear SR3 meshes with a second spur gear SR4 of the second spur gear SRS2, wherein the second spur gear SR4 then rotatably connected to a differential basket of the final drive AG is connected.
  • both the first element E1 1 of the first planetary gear set P1, and the first element E12 of the second planetary gear set P2 are each fixed to the non-rotatable component GG and thus are also permanently prevented from rotating.
  • the switching elements A, B, C and D are in the present case designed in each case as a form-locking switching elements and are concretely in each case before as jaw clutches.
  • the switching elements A, B, C and D between the first drive shaft GW1 and the Planetenrad arrangementsn P1 and P2 are arranged, in which case the second switching element B is axially adjacent to the first drive shaft GW1 and then axially first, the first switching element A, then the fourth switching element D and finally the third switching element C follow.
  • the first switching element A and the second switching element B are placed axially next to each other and summarized to a pair of switching elements SP1 by the first switching element A and the second switching element B is assigned a common actuating element, via which from a neutral position on the one hand, the first switching element A and on the other hand, the second switching element B can be actuated.
  • the third switching element C and the fourth switching element D form a pair of switching elements SP2, in which a common actuating element of a Neutral position on the one hand, the third switching element C and on the other hand, the fourth switching element D can be operated.
  • the two planetary gear sets P1 and P2 are axially on the switching elements A, B, C and D following in the order of first planetary gear set P1 and second planetary gear set P2 arranged. Accordingly, the second planetary gear P2 is located on one of the first drive shaft GW1 opposite axial end of the transmission G.
  • FIG. 2 shows a schematic view of a motor vehicle drive train according to a second variant, wherein, in contrast to the variant according to FIG. 1, a gear G according to a second embodiment possibility of the invention is used.
  • This gear G corresponds essentially to the embodiment of Fig. 1, wherein in contrast to now on the first drive shaft GW1, a rotor R2 of another, coaxially arranged electric machine EM2 is permanently connected non-rotatably.
  • a stator S2 of this electric machine EM2 is permanently fixed to the non-rotatable component GG.
  • the variant according to FIG. 2 corresponds to the embodiment according to FIG. 1, so that reference is made to the description described here.
  • Fig. 3 is an exemplary circuit diagram for the transmission G of the motor vehicle drive trains of FIGS. 1 and 2 shown in tabular form.
  • a total of three gears 1 to 3 can be realized between the first drive shaft GW1 and the output shaft GWA, wherein in the columns of the circuit diagram is marked with an x respectively, which of the switching elements A, B, C and D in which of the gears 1 to 3 is closed in each case.
  • the switching elements A, B, C and D are closed.
  • a respective ratio i in the gears as well as a respective gear jump phi between the gears are also shown in further columns, these being for preferred stand ratios of the two planetary gear sets P1 and P2 of -2.5 respectively.
  • a first gear 1 between the first drive shaft GW1 and the output shaft GWA is switched by operating the second switching element B and the third switching element C, wherein the first planetary gear P1 is involved.
  • a second, between the first drive shaft GW1 and the output shaft GWA effective gear in a first variant 2a is formed by the second switching element B is opened and the first switching element A is closed.
  • the switching elements A, B, C and D are each designed as a form-locking switching elements, switching between the first gear 1 and the first variant 2a of the second gear and between the second variant 2b of the second gear and the third gear 3 can be realized under load become.
  • the tractive force is supported by the electric machine EM1
  • a synchronization of the first shifting element A to be closed is realized by means of speed control of the internal combustion engine VKM
  • a change between the two variants 2 a and 2 b of the second gear takes place as a preselection circuit in the background, in which case the tensile force on the internal combustion engine VKM is supported when the first switching element A is closed, while a synchronization of the fourth switching element D to be closed by regulating the speed via the electric machine EM1 takes place.
  • the electric machine EM1 then supports when the fourth gear shift element is closed.
  • D the tensile force, wherein the synchronization of the second switching element B to be closed by means of speed control of the internal combustion engine VKM.
  • the transmissions G of the motor vehicle drive trains shown in FIGS. 1 and 2 can also be operated in other operating modes with the aid of the electric machine EM1: thus, a purely electric driving in a first gear E1 take place, which is effective between the second drive shaft GW2 and the output shaft GWA and for the representation of which the third switching element C is to be converted into a closed state.
  • the rotor R1 of the electric machine EM1 is then coupled via the first planetary gear set P1 to the output shaft GWA, a ratio i of the first gear E1 corresponding to a gear ratio i of the first gear 1.
  • a second gear E3 can also be used for purely electric driving, which is also effective between the second drive shaft GW2 and thus the rotor R1 of the electric machine EM1 and the output shaft GWA.
  • the fourth switching element D is to be closed, so that then the rotor R1 is coupled via the second planetary gear P2 with the output shaft GWA.
  • a ratio i of the second gear E3 corresponds to a ratio i of the third gear 3.
  • the internal combustion engine VKM can be started in the second variant 2b of the second gear as well as in the third gear 3, as well as on these in each case the fourth switching element D is involved.
  • starting of the internal combustion engine VKM and charging of an energy store can also be performed via the further electric machine EM2 whose rotor R2 is permanently coupled to the internal combustion engine VKM via the intermediate torsional vibration damper TS.
  • the further electric machine EM2 can support the internal combustion engine VKM even when the switching elements A and B are synchronized.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a motor vehicle drive train according to a further variant, which largely corresponds to the embodiment of FIG. 1.
  • the transmission G is not preceded by an internal combustion engine with torsional vibration damper but a further electric machine EM2 as a prime mover.
  • the motor vehicle drive train illustrated in FIG. 4 is designed for use in an electric vehicle.
  • a rotor R2 of the coaxial with the transmission G arranged electric machine EM2 is rotatably connected to the first drive shaft GW1 of the transmission G.
  • the embodiment according to FIG. 4 corresponds to the variant according to FIG. 1, so that reference is made to the description described here.
  • a first state I is driven purely electrically via the electric machine EM1 by the first gear E1 is connected in the transmission G in the manner already described for Fig. 3.
  • the motor vehicle drive train is operated at state II purely via the electric machine EM1, in which case, however, the second gear E3 is connected in the transmission G, as it is also described in Fig. 3.
  • state III alone is driven via the electric machine EM2, for which purpose a second gear 2 is connected in the gear G, which results from the sole actuation of the first shift element A.
  • the rotor R2 of the further electric machine EM2 is then connected directly to the output shaft GWA in a rotationally fixed manner.
  • states I to III can be driven particularly effective because at low load request only one of the two electric machine E 1 or EM2 is driven.
  • the state III is particularly effective, since in this case the two planetary stages P1 and P2 and also the electric machine EM1 are stationary.
  • FIG. 6 shows a schematic view of a motor vehicle drive train according to a further variant, this variant being a development of Execution of FIG. 2 forms. 2 is different in that the first drive shaft GW1 is not permanently connected to the torsional vibration damper TS and thus also of the internal combustion engine VKM, but can be non-rotatably connected to a connection shaft AN via a fifth switching element KO is constantly connected to the torsional vibration damper TS and also the internal combustion engine VKM.
  • the variant according to FIG. 6 corresponds to the embodiment according to FIG. 2, so that reference may be made to the description described here.
  • a total of sixteen different states I to XVI can be realized by the internal combustion engine VKM and the two electric machines EM1 and EM2 can be integrated in different ways.
  • the gear connected in each case with regard to the electric machine EM1, with regard to the further electric machine EM2 and with regard to the internal combustion engine VKM is indicated.
  • a 0 means that in the internal combustion engine VKM or the respective electric machine EM1 or EM2 no connection to the output shaft GWA is made.
  • the switching states of the switching elements A, B, C, D and KO are then indicated in the following columns.
  • states I and II In the two states I and II is driven by the electric machine EM1 alone, while in state III operation alone on the other electric machine EM2 takes place.
  • states IV to VII the motor vehicle drive train is then operated by simultaneous operation of the two electric machines EM1 and EM2.
  • the states I to VII correspond to those described for FIG. 5.
  • the internal combustion engine VKM is connected to the further electric machine EM2 or to both electric machines EM1 and EM2, in which case starting of the internal combustion engine VKM or charging of an energy store is possible.
  • a serial driving takes place, wherein prior to the serial operation starting the combustion VKM is possible via the further electric machine EM2.
  • the further electric machine EM2 can also previously synchronize the fifth switching element KO.
  • FIGS. 8 to 21 show different modification possibilities of the transmissions G of the motor vehicle drive trains from FIGS. 1, 2, 4 and 6.
  • the individual modification possibility can be used in any of the aforementioned embodiments.
  • only the upper half of the relevant region of the rotationally symmetrical transmission G shown here is shown in the variants shown in FIGS. 8 to 18.
  • FIG. 8 shows a modification possibility in which, compared to the variants shown in FIGS. 1, 2, 4 and 6, the two planetary gear sets P1 and P2 have exchanged the positions with respect to their axial arrangement by the second planetary gear set P2 now axially between the first drive shaft GW1 and the first planetary gear set P1 is located. Furthermore, the first element E1 1 of the first planetary gear set P1 and the first element E12 of the second planetary gear P2 are rotatably connected to each other and jointly permanently fixed to the non-rotatable component GG. Finally, the third switching element C and the fourth switching element D have exchanged the axial positions, whereby the two switching elements C and D are still combined to form a switching element pair SP2.
  • the first switching element A and the second switching element B to a pair of switching elements SP1 and the third switching element C and the fourth switching element D are combined to form a pair of switching elements SP2.
  • a supply of the switching element pair SP1 takes place via the first drive shaft GW1, while the switching element pair SP2 is supplied via the output shaft GWA.
  • Fig. 10 shows a further Abwandlungs folkkeit, in which, in contrast to the variants of FIGS. 1, 2, 4 and 6, the third switching element C and the fourth switching element D axially between the first planetary gear set P1 and the second planetary gear P2 are arranged.
  • both switching elements C and D have exchanged the positions axially.
  • FIG. 1 1 shows a further modification possibility, as it can come with the motor vehicle drive trains according to FIGS. 1, 2, 4 and 6 are used.
  • the output shaft GWA is now permanently non-rotatably connected to the second element E21 of the first planetary gear P1 and the third element E32 of the second planetary gear set P2.
  • both the first element E1 1 of the first planetary gear set P1, and the first element E12 of the second planetary gear set P2 are not permanently fixed to the non-rotatable component GG, but in the case of the first element E1 1 of the first planetary gear set P1 is a setting only by pressing a third switching element C and in the case of the first element E12 of the second planetary gear set P2 until closing of a fourth switching element D.
  • the fourth switching element D is axially adjacent to the first planetary gear set P1 provided, wherein axially immediately adjacent thereto then the third switching element C is placed.
  • the two switching elements C and D are in turn combined to form a pair of switching elements SP2.
  • FIG. 12 shows a modification which largely corresponds to the variant of the preceding FIG. 11.
  • the first switching element A and the second switching element B are provided axially between the first planetary gear P1 and the second planetary gear P2, wherein the first switching element A is axially adjacent to the first planetary P1.
  • the third switching element C and the fourth switching element D are no longer combined to form a pair of switching elements, since the third switching element C is now provided axially on a side facing away from the second planetary gear P2 side of the first planetary gear P1, while the fourth switching element D axially on a the first planetary gear set P1 facing away side of the second planetary gear set P2 is placed.
  • the first drive shaft GW1 is axially extended in the area between the two planetary gear sets P1 and P2.
  • the modification possibility according to FIG. 12 corresponds to the variant according to FIG. 11, so that reference is made to the description described here.
  • FIG. 13 shows a further modification possibility, which essentially also corresponds to the variant from FIG. 11. It is different, however, that the two planetary gear sets P1 and P2 have now axially exchanged the positions by now axially first, the second planetary gear set P2 is provided and axially thereafter, the first planetary gear P1 follows.
  • the first switching element A and the second switching element B are axially provided on a side facing away from the second planetary gear P2 side of the first planetary gear set P1
  • the third switching element C and the fourth switching element D axially facing away on a first planetary gear set P1 side of the second planetary gear set P2 are placed. Otherwise, the Abwandlungs Anlagenkeit according to Fig.
  • FIG. 13 corresponds to the variant of FIG. 11, so that reference is made to the described.
  • Fig. 14 shows a further modification possibility, which also largely corresponds to the variant of FIG. 1 1.
  • the switching elements A, B, C and D are now each in the form of individual switching elements, the first switching element A and the third switching element C being provided axially on a side of the first planetary gear set P1 facing away from the second planetary gear set P2 and thereby Specifically, the third switching element C axially adjacent to the first planetary gear set P1 and then the first switching element A follows.
  • the second switching element B and the fourth switching element D are provided axially on a side facing away from the first planetary gear P1 side of the second planetary gear set P2, wherein the fourth switching element D is axially between the second planetary gear set P2 and the second switching element B.
  • the first drive shaft GW1 in this case is guided axially through the second drive shaft GW2 designed as a hollow shaft and the output shaft GWA, which is likewise designed as a hollow shaft, into the region of the second shift element B.
  • the variant according to FIG. 14 otherwise corresponds to the modification possibility according to FIG. 11, so that reference is made to the description described here.
  • FIG. 15 shows a further modification possibility
  • this Abwandlungs folkkeit essentially corresponds to the previous variant of FIG. 14. It is different, however, that now also the first switching element A is provided axially on a side facing away from the first planetary gear set P1 side of the second planetary gear set P2 and forms together with the second switching element B, a switching element pair SP1. As a result, the output shaft GWA is now also extended axially into this region in order to be able to produce the rotationally fixed connection to the first drive shaft GW1 via the first shifting element A.
  • the variant according to FIG. 15 corresponds to the modification possibility according to FIG. 14, so that reference is made to the description described here.
  • FIG. 16 shows a further modification possibility, as can be used in the transmissions G of the motor vehicle drive trains from FIGS. 1, 2, 4 and 6.
  • the second element E21 of the first planetary gear set P1 and also the third element E32 of the second planetary gear set P2 are permanently non-rotatably connected to the output shaft GWA. tied, while the second drive shaft GW2 only permanently rotatably connected to the rotor R1 of the electric machine EM1 in combination.
  • the third element E31 of the first planetary gear set P1 is rotatably connected to the second drive shaft GW2 by operating a third shift element C, whereas closing a fourth shift element D causes a rotationally fixed connection of the second drive shaft GW2 to the second element E22 of the second planetary gear set P2 ,
  • the two switching element C and D are combined to form a pair of switching elements SP2 and are axially between the first planetary gear set P1 and the second planetary gear P2.
  • the third switching element C is provided axially between the first planetary gear set P1 and the fourth switching element D.
  • the Abwandlungs Anlagenkeit according to FIG. 16 corresponds to the embodiments according to FIGS. 1, 2, 4 and 6.
  • FIG. 18 shows a modification possibility, which is essentially modeled on the variant of FIG. 9, but in principle can also be used in every other modification possibility.
  • the rotor R1 of the electric machine EM1 not in this case is directly connected to the second drive shaft GW2, but a connection via an intermediate, third planetary gear set P3 is completed.
  • This is composed of a first element E13 in the form of a sun gear, a second element E23 in the form of a planetary bridge and a third element E33 in the form of a ring gear, wherein the planetary web at least one planetary rotatably mounted, which is connected to both the internal sun, as is also the surrounding ring gear in tooth engagement.
  • the second element E23 is non-rotatably connected to the second drive shaft GW2 and the third element E33 rotatably connected to the rotor R1 of the electric machine EM1.
  • a translation could be 1, 5.
  • FIGS. 19 to 21 also show variants of the motor vehicle drive trains according to FIGS. 2, 4 and 6 with a further electric machine EM2. These are shown in each case for a motor vehicle drive train with an internal combustion engine VKM and two electric machines EM1 and EM2, but can just as well be used in the motor vehicle drive train according to FIG. 4 with only two electric machines EM1 and EM2.
  • the further electric machine EM2 is not arranged coaxially in the modification possibility according to FIG. 19 but is placed offset in axial direction, wherein a connection is realized via a traction mechanism drive ZT, which is in particular a chain drive. Even with the two modification possibilities according to FIGS. 20 and 21, the further electric machine EM2 is placed offset in axial direction, wherein the connection in this case is realized via two spur gear stages.
  • a spur gear SR5 is rotatably mounted on the first drive shaft GW1 and meshes with a spur gear SR6.
  • Both spur gears SR5 and SR6 form a spur gear SRS3, wherein the Spur gear SR6 is also part of a further spur gear SRS4 by also it is also in mesh with a spur gear SR7.
  • the spur gear SR7 is then rotatably provided on an input shaft EW of the further electric machine EM2.
  • the connection of the further electric machine EM2 is completed in two stages, but in contrast to the previous variant, the spur SR6 is provided on an intermediate shaft ZW1, which also carries a spur SR8 a subsequent spur gear SRS4.
  • the spur gear SR8 in turn meshes with a spur SR7 which is then placed on an input shaft EW of the electric machine EM2.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Elektromaschine (EM1), eine erste Antriebswelle (GW1), eine zweite Antriebswelle (GW2), eine Abtriebswelle (GWA), zumindest zwei Planetenradsätze (P1, P2) sowie zumindest vier Schaltelemente (A, B, C, D), wobei durch selektives Betätigen der zumindest vier Schaltelemente (A, B, C, D) unterschiedliche Gänge schaltbar und zudem im Zusammenspiel mit der Elektromaschine (EM1) unterschiedliche Betriebsmodi darstellbar sind, sowie Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Getriebe (G) und Verfahren zum Betreiben desselbigen.

Description

GETRIEBE FÜR EIN KRAFTFAHRZEUG, KRAFTFAHRZEUGANTRIEBSSTRANG DAMIT UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN DES GETRIEBES
Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Elektroma- schine, eine erste Antriebswelle, eine zweite Antriebswelle, eine Abtriebswelle, sowie einen ersten Planetenradsatz und einen zweiten Planeten radsatz, wobei die Planetenradsätze jeweils mehrere Elemente umfassen, wobei ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Schaltelement vorgesehen sind, und wobei ein Rotor der Elekt- romaschine mit der zweiten Antriebswelle in Verbindung steht
Bei Hybridfahrzeugen sind Getriebe bekannt, welche neben einem Radsatz auch eine oder mehrere Elektromaschinen aufweisen. Das Getriebe ist dabei üblicherweise mehrgängig gestaltet, d. h. es sind mehrere unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse als Gänge zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle 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. Das Getriebe wird dabei dazu genutzt, ein Zugkraftangebot einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges in Hinblick auf verschiedene Kriterien geeignet umzusetzen. Dabei werden die Gänge des Getriebes zumeist auch im Zusammenspiel mit der zumindest einen Elektromaschine zur Darstellung eines rein elektrischen Fahrens verwendet. Häufig kann die zumindest eine Elektromaschine außerdem im Getriebe zur Darstellung verschiedener Betriebsmodi auf unterschiedliche Weisen eingebunden werden.
Aus der DE 10 201 1 005 531 A1 geht ein Kraftfahrzeugantriebsstrang eines Hybridfahrzeuges hervor, wobei in dem Kraftfahrzeugantriebsstrang eine Antriebsmaschine in Form einer Verbrennungskraftmaschine über ein Getriebe mit einem Achsgetriebe einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges verbunden ist. Das Getriebe weist dabei zwei Antriebswellen und eine Abtriebswelle auf und umfasst zwei Planetenradsätze sowie eine Elektromaschine. Des Weiteren sind vier Schaltelemente vorgesehen, über welche unterschiedliche Kraftflüsse von einer oder auch beiden Antriebswellen zur Abtriebswelle unter Darstellung unterschiedlicher Gänge verwirklicht werden können. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Ausgestaltung zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Getriebe für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, mit welchem bei kompaktem Aufbau unterschiedliche Betriebsmodi auf geeignete Art und Weise dargestellt werden können.
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 ist zudem Gegenstand von Anspruch 16. Des Weiteren hat der Anspruch 16 ein Verfahren zum Betreiben eines Getriebes zum Gegenstand.
Gemäß der Erfindung umfasst ein Getriebe eine Elektromaschine, eine erste Antriebswelle, eine zweite Antriebswelle, eine Abtriebswelle sowie einen ersten Planetenradsatz und einen zweiten Planetenradsatz. Die Planetenradsätze umfassen dabei mehrere Elemente, wobei zudem ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Schaltelement vorgesehen sind, durch deren selektive Betätigung unterschiedliche Kraftflussführungen unter Schaltung unterschiedlicher Gänge dargestellt werden können. Ferner steht ein Rotor der Elektromaschine mit der zweiten Antriebswelle in Verbindung.
Unter einer„Welle" ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches je zugehörige Komponenten des Getriebes drehfest miteinander verbunden sind oder über das eine derartige Verbindung bei Betätigung eines entsprechenden Schaltelements hergestellt wird. Die Welle kann die Komponenten dabei axial oder radial oder auch sowohl axial und radial miteinander verbinden. So kann die jeweilige Welle auch als Zwischenstück vorliegen, über welches eine jeweilige Komponente zum Beispiel radial angebunden wird.
Mit„axial" ist im Sinne der Erfindung eine Orientierung in Richtung einer Achse gemeint, entlang welcher die Planetenradsätze koaxial zueinander liegend angeordnet sind. Unter„radial" ist dann eine Orientierung in Durchmesserrichtung einer Welle zu verstehen, die auf dieser Achse liegt. Bevorzugt weist die Abtriebswelle des Getriebes eine Verzahnung auf, über welche die Abtriebswelle dann im Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einem achsparallel zur Abtriebswelle angeordneten Differentialgetriebe in Wirkverbindung steht. Hierbei ist die Verzahnung bevorzugt an einer Anschlussstelle der Abtriebswelle vorgesehen, wobei diese Anschlussstelle der Abtriebswelle axial im Bereich eines Endes des Getriebes liegen kann, an welchem auch eine die Verbindung zur vorgeschalteten Antriebsmaschine herstellende Anschlussstelle der ersten Antriebswelle vorgesehen ist. Diese Art der Anordnung eignet sich besonders zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug mit einem quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichteten Antriebsstrang.
Alternativ dazu kann ein Abtrieb des Getriebes aber auch an einem entgegengesetzt zu einer Anschlussstelle der ersten Antriebswelle liegenden, axialen Ende des Getriebes vorgesehen sein. Dabei ist eine Anschlussstelle der Abtriebswelle dann an einem axialen Ende der Abtriebswelle koaxial zu einer Anschlussstelle der ersten Antriebswelle ausgestaltet, so dass Antrieb und Abtrieb des Getriebes an einander entgegengesetzten axialen Enden des Getriebes platziert sind. Ein derartig gestaltetes Getriebe eignet sich dabei zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug mit einem in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichteten Antriebsstrang.
Die Planeten radsätze sind bevorzugt axial auf die Anschlussstelle der ersten Antriebswelle folgend in der Reihenfolge erster Planeten radsatz und zweiter Planetenradsatz angeordnet. Allerdings kann diese Reihenfolge im Rahmen der Erfindung auch umgekehrt sein, so dass dann zunächst der zweite Planeten radsatz axial auf die Anschlussstelle der ersten Antriebswelle folgt.
Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die erste Antriebswelle über das erste Schaltelement drehfest mit der Abtriebswelle verbunden werden kann, während die zweite Antriebswelle mit der ersten Antriebswelle mittels des zweiten Schaltelements drehfest in Verbindung gebracht werden kann. Des Weiteren besteht bei dem ersten Planetenradsatz eine erste Koppelung des ersten Elements des ersten Planetenradsatzes mit einem drehfesten Bauelement, eine zweite Koppelung des zweiten Elements des ersten Planetenradsatzes mit der Abtriebswelle, sowie eine dritte Koppelung des dritten Elements des ersten Planetenradsatzes mit der zweiten Antriebswelle, wobei von diesen Koppelungen zwei Koppelungen als permanente drehfeste Verbindungen vorliegen, während bei der noch verbleibenden Koppelung eine drehfeste Verbindung mittels des dritten Schaltelements hergestellt werden kann. Ebenso sind bei dem zweiten Planetenradsatz eine erste Koppelung des ersten Elements des zweiten Planetenradsatzes mit dem drehfesten Bauelement, eine zweite Koppelung des zweiten Elements des zweiten Planeten radsatzes mit der zweiten Antriebswelle, sowie eine dritte Koppelung des dritten Elements des zweiten Planetenradsatzes mit der Abtriebswelle vorgesehen. Auch von diesen Koppelungen liegen zwei Koppelungen als drehfeste Verbindungen vor, während bei der noch verbleibenden Koppelung eine drehfeste Verbindung über das vierte Schaltelement hergestellt werden kann.
Mit anderen Worten wird also bei Betätigung des ersten Schaltelements die erste Antriebswelle drehfest mit der Abtriebswelle verbunden, während ein Schließen des zweiten Schaltelements eine drehfeste Verbindung der zweiten Antriebswelle mit der ersten Antriebswelle nach sich zieht.
Im Falle des ersten Planeten radsatzes gibt es bei dem erfindungsgemäßen Getriebe drei Koppelungen der Elemente des ersten Planetenradsatzes. So ist eine erste Koppelung in Form des ersten Elements des ersten Planetenradsatzes mit einem drehfesten Bauelement vorhanden, während im Falle des zweiten Elements des ersten Planetenradsatzes eine zweite Koppelung zur Abtriebswelle besteht. Eine dritte Koppelung ist dann in Form des dritten Elements des ersten Planetenradsatzes mit der zweiten Antriebswelle vorhanden. Zwei der drei vorgenannten Koppelungen sind dabei als permanent drehfeste Verbindungen realisiert, während die jeweils noch verbleibende Koppelung als Verbindung vorliegt, die erst durch Schließen des dritten Schaltelements drehfest hergestellt wird.
Ebenso sind auch im Falle des zweiten Planetenradsatzes drei Koppelungen der Elemente des zweiten Planetenradsatzes vorhanden, indem eine erste Koppelung in Form des ersten Elements des zweiten Planetenradsatzes mit dem drehfesten Bauelement besteht, wohingegen eine zweite Koppelung in Form des zweiten Elements des zweiten Planetenradsatzes mit der zweiten Antriebswelle vorhanden ist. Eine dritte Koppelung besteht dann beim zweiten Planetenradsatz zwischen dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes und der Abtriebswelle. Dabei sind auch hier zwei der drei vorgenannten Koppelungen als permanent drehfeste Verbindungen ausgeführt, während die jeweils noch verbleibende Koppelung erst durch Betätigen des vierten Schaltelements als drehfeste Verbindung hergestellt wird.
Unter einer„Koppelung" ist im Sinne der Erfindung eine Verbindung zu verstehen, die entweder als permanent drehfeste Verbindung besteht oder aber erst durch Betätigen eines jeweiligen Schaltelements drehfest hergestellt wird.
Das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement liegen also als Kupplungen vor, die bei Betätigung die drehfest miteinander zu verbindenden Komponenten des Getriebes gegebenenfalls in ihren Drehbewegungen angleichen und anschließend drehfest miteinander verbinden. Dagegen liegen das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement in Abhängigkeit davon, bei welcher der Koppelungen sie jeweils zur Anwendung kommen, entweder ebenfalls als Kupplung oder aber als Bremse vor, die die jeweilige zugehörige Komponente festsetzt und in der Folge an einer Drehbewegung hindert.
Eine jeweilige drehfeste Verbindung der rotierbaren Komponenten des Getriebes ist erfindungsgemäß bevorzugt über eine oder auch mehrere zwischenliegende Wellen realisiert, die dabei bei räumlich dichter Lage der Komponenten auch als kurze Zwischenstücke vorliegen können. Konkret können die Komponenten, die permanent drehfest miteinander verbunden sind, dabei jeweils entweder als drehfest miteinander verbundene Einzelkomponenten oder auch einstückig vorliegen. Im zweitgenannten Fall werden dann die jeweiligen Komponenten und die ggf. vorhandene Welle durch ein gemeinsames Bauteil gebildet, wobei dies insbesondere eben dann realisiert wird, wenn die jeweiligen Komponenten im Getriebe räumlich dicht beieinander liegen. Bei Komponenten des Getriebes, die erst durch Betätigung eines jeweiligen Schaltelements miteinander verbunden werden, wird eine Verbindung ebenfalls bevorzugt über eine oder auch mehrere zwischenliegende Wellen verwirklicht.
Ein Festsetzen erfolgt durch drehfestes Verbinden mit einem drehfesten Bauelement des Getriebes, bei welchem es sich vorzugsweise um eine permanent stillstehende Komponente handelt, bevorzugt um ein Gehäuse des Getriebes, einen Teil eines derartigen Gehäuses oder ein damit drehfest verbundenes Bauelement. Vorliegend sind das erste Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des zweiten Planetenradsatzes jeweils entweder permanent festgesetzt oder werden durch Betätigung des entsprechenden Schaltelements stillgesetzt. Sind sowohl das erste Element des ersten Planetenradsatzes als auch das erste Element des zweiten Planetenradsatzes permanent festgesetzt, so ist es im Sinne der Erfindung denkbar, dass das erste Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbunden und gemeinsam festgesetzt sind. Alternativ dazu können die beiden Elemente der Planetenradsätze aber auch unabhängig voneinander festgesetzt sein.
Unter der„Verbindung" des Rotors der Elektromaschine mit der zweiten Antriebswelle des Getriebes ist im Sinne der Erfindung eine derartige Verbindung zwischen diesen zu verstehen, dass zwischen dem Rotor der Elektromaschine und der zweiten Antriebswelle eine gleichbleibende Drehzahlabhängigkeit vorherrscht. Dabei kann die Elektromaschine entweder koaxial zu den Planeten radsätzen oder achsversetzt zu diesen liegend angeordnet sein. Im erstgenannten Fall kann der Rotor der Elektromaschine dabei entweder unmittelbar drehfest mit der zweiten Antriebswelle verbunden oder aber über eine oder auch mehrere zwischenliegende Übersetzungsstufen mit dieser gekoppelt sein, wobei Letzteres eine günstigere Auslegung der Elektromaschine mit höheren Drehzahlen und geringeren Drehmoment ermöglicht. Die mindestens eine Übersetzungsstufe kann dabei als Stirnradstufe und/oder als Planetenstufe ausgeführt sein. Bei einer koaxialen Anordnung der Elektromaschine sind die beiden Planetenradsätze dann zudem weiter bevorzugt axial im Bereich der Elektromaschine sowie radial innen liegend zu dieser angeordnet, so dass sich die axiale Bau länge des Getriebes verkürzen lässt. Ist die Elektromaschine hingegen achsversetzt zu den Planeten radsätzen vorgesehen, so erfolgt eine Koppelung über eine oder mehrere zwischenliegende Übersetzungsstufen und/oder einen Zugmitteltrieb. Die eine oder die mehreren Übersetzungsstufen können hierbei auch im Einzelnen entweder als Stirnradstufe oder als Planetenstufe realisiert sein. Bei einem Zugmitteltrieb kann es sich entweder um einen Riemen- oder einen Kettentrieb handeln.
Insgesamt zeichnet sich ein erfindungsgemäßes Getriebe durch eine kompakte Bauweise, geringe Bauteilbelastungen, einen guten Verzahnungswirkungsgrad und geringe Verluste aus.
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung sind das erste Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des zweiten Planetenradsatzes jeweils festgesetzt, während das dritte Element des ersten Planetenradsatzes und das zweite Element des zweiten Planeten radsatzes jeweils drehfest mit der zweiten Antriebswelle verbunden sind. Des Weiteren kann die Abtriebswelle über das dritte Schaltelement drehfest mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden sowie mittels des vierten Schaltelements drehfest mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes in Verbindung gebracht werden. In diesem Fall wird also beim ersten Planeten radsatz die zweite Koppelung erst mit Schließen des dritten Schaltelements als drehfeste Verbindung hergestellt, wohingegen dies im Falle des zweiten Planetenradsatzes die dritte Koppelung ist. Das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement liegen also jeweils als Kupplungen vor.
Bevorzugt sind das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement, das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement dabei axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes vorgesehen, wobei hierbei das dritte Schaltelement benachbart zum ersten Planetenradsatz liegt und hierauf dann axial zunächst das vierte Schaltelement, dann das erste Schaltelement und schließlich das zweite Schaltelement folgen. Alternativ dazu ist es bei der vorgenannten Ausführungsform aber auch denkbar, zumindest einzelne der vier Schaltelemente axial zwischen dem ersten Planetenradsatz und dem zweiten Planeten radsatz vorzusehen. So sind die vier Schaltelemente bei einer ersten Variante alle axial zwischen den beiden Planetenradsätzen vorgesehen, wobei hierbei insbesondere das dritte Schaltelement axial benachbart zum ersten Planetenradsatz vorgesehen ist und hierauf dann axial zunächst das vierte Schaltelement, dann das erste Schaltelement und schließlich das zweite Schaltelement folgen. Eine Druckmittelversorgung des ersten und des zweiten Schaltelements erfolgt dabei insbesondere über die erste Antriebswelle, während das dritte und das vierte Schaltelement bevorzugt über die Abtriebswelle mit Druckmittel versorgt werden.
Bei einer hierzu alternativen Variante sind dagegen nur das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement axial zwischen dem ersten Planetenradsatz und dem zweiten Planetenradsatz platziert, wobei das dritte Schaltelement dabei axial zwischen dem ersten Planeten radsatz und dem vierten Schaltelement liegt. Das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement sind dann axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des ersten Planeten radsatzes vorgesehen, wobei dann das erste Schaltelement axial zwischen dem zweiten Schaltelement und dem ersten Planeten radsatz vorgesehen ist. Eine Druckmittelversorgung des dritten und des vierten Schaltelements erfolgt dabei bevorzugt über die Abtriebswelle.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung stehen das dritte Element des ersten Planetenradsatzes und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes jeweils drehfest mit der zweiten Antriebswelle in Verbindung, während das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes jeweils drehfest mit der Abtriebswelle verbunden sind. Zudem kann das erste Element des ersten Planetenradsatzes über das dritte Schaltelement sowie das erste Element des zweiten Planetenradsatzes mittels des vierten Schaltelements jeweils festgesetzt werden. Im Falle dieser Ausgestaltungsmöglichkeit ist also bei dem ersten Planetenradsatz und auch bei dem zweiten Planetenradsatz jeweils die erste Koppelung so gestaltet, dass eine drehfeste Verbindung erst durch Betätigen des dritten bzw. des vierten Schaltelements ausgebildet wird. Das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement sind in diesem Fall also jeweils als Bremsen gestaltet.
Bevorzugt sind die vier Schaltelemente dabei axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes vorgesehen, wobei hierbei das vierte Schaltelement weiter bevorzugt axial benachbart zum ersten Planetenradsatz liegt und hierauf dann axial zunächst das dritte Schaltelement, dann das erste Schaltelement und schließlich das zweite Schaltelement folgen.
Alternativ dazu ist es aber auch denkbar, dass das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes platziert sind, während das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement axial auf einer dem ersten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes vorgesehen sind.
Weiter alternativ sind das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement axial zwischen den Planetenradsätzen vorgesehen, wobei das erste Schaltelement dabei axial dann zwischen dem ersten Planetenradsatz und dem zweiten Schaltelement angeordnet ist. Ferner ist dann das dritte Schaltelement bevorzugt axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes vorgesehen, wohingegen das vierte Schaltelement axial insbesondere auf einer dem ersten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes liegt. Eine Druckmittelversorgung des ersten und des zweiten Schaltelements kann dabei dann insbesondere über die erste Antriebswelle erfolgen.
Weiter alternativ können aber auch das erste Schaltelement und das dritte Schaltelement axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des ersten Planeten radsatzes vorgesehen sein, während das zweite Schaltelement und das vierte Schaltelement axial auf einer dem ersten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des zweiten Planeten radsatzes platziert sind. Schließlich können auch das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement und das vierte Schaltelement bei einer weiteren Alternative axial auf einer dem ersten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des zweiten Planeten radsatzes angeordnet sein, während das dritte Schaltelement axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des ersten Planeten radsatzes liegt.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind das erste Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des zweiten Planetenradsatzes jeweils festgesetzt, während das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes jeweils drehfest mit der Abtriebswelle verbunden sind. Des Weiteren kann die zweite Antriebswelle über das dritte Schaltelement drehfest mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden sowie mittels des vierten Schaltelements drehfest mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes in Verbindung gebracht werden. In diesem Fall wird also beim ersten Planetenradsatz die dritte Kopplung erst durch Schließen des dritten Schaltelements und beim zweiten Planetenradsatz die zweite Koppelung erst durch Betätigen des vierten Schaltelements drehfest hergestellt, wobei das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement hierbei jeweils als Kupplung vorliegen.
Insbesondere sind dabei das erste und das zweite Schaltelement axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes vorgesehen, während das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement axial zwischen dem ersten Planetenradsatz und dem zweiten Planetenradsatz liegen. Letztere können dabei über die zweite Antriebswelle mit Druckmittel versorgt werden. Das erste Schaltelement ist dabei axial zwischen dem zweiten Schaltelement und dem ersten Planeten radsatz vorgesehen, wohingegen das dritte Schaltelement axial zwischen dem ersten Planetenradsatz und dem vierten Schaltelement liegt.
Entsprechend einer hierzu alternativen Variante der Erfindung sind die vier Schaltelement axial auf einer dem ersten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes vorgesehen, wobei hierbei das vierte Schaltelement axial insbesondere benachbart zum zweiten Planeten radsatz liegt und hierauf dann axial zunächst das dritte Schaltelement, dann das erste Schaltelement und schließlich das zweite Schaltelement folgen. Besonders bevorzugt ergeben sich bei allen vorgenannten Varianten genau drei Gänge zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle. Dabei können diese drei Gänge weiter bevorzugt durch selektives Schließen der Schaltelemente realisiert werden. Hierbei ergibt sich ein erster Gang zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle durch Betätigen des zweiten und des dritten Schaltelements, wohingegen ein zweiter Gang zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle in einer ersten Variante durch Schließen des ersten und des dritten Schaltelements geschaltet werden kann. Darüber hinaus kann der zweite, zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksame Gang noch in einer zweiten Variante durch Betätigen des ersten und des vierten Schaltelements realisiert werden. Der zweite, zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksame Gang ergibt sich allerdings auch schon bereits durch Schließen des ersten Schaltelements, da dann bereits die erste Antriebswelle und die Abtriebswelle drehfest miteinander verbunden sind. Ein Schalten zwischen den beiden Varianten des zweiten Ganges ist dabei eigentlich nur erforderlich, um eine Schaltung in den dritten Gang oder auch den ersten Gang jeweils vorzubereiten. Schließlich ergibt sich ein dritter Gang zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle durch Schließen des zweiten und des vierten Schaltelements.
Bei geeigneter Wahl von Standgetriebeübersetzungen der Planetenradsätze wird hierdurch eine für die Anwendung im Bereich eines Kraftfahrzeuges geeignete Übersetzungsreihe realisiert. Dabei können Schaltungen zwischen den Gängen verwirklicht werden, bei welchen stets nur der Zustand von je zwei Schaltelementen zu variieren ist, indem eines der am vorhergehenden Gang beteiligten Schaltelemente zu öffnen und ein anderes Schaltelement zur Darstellung des nachfolgenden Ganges zu schließen ist. Dies hat dann auch zur Folge, dass ein Schalten zwischen den Gängen sehr zügig ablaufen kann. Da der zweite Gang hierbei als Direktgang ausgestaltet ist, könnte dieser, wie bereits erläutert, aber auch lediglich durch Schließen des ersten Schaltelements geschaltet werden.
Aufgrund des grundlegenden Aufbaus des erfindungsgemäßen Getriebes können Gangsprünge zwischen dem ersten Gang und dem zweiten Gang, sowie zwischen dem zweiten Gang und dem dritten Gang gut ausgelegt werden, da eine Standüber- setzung des ersten Planetenradsatzes nur Einfluss auf den Gangsprung zwischen dem ersten und dem zweiten Gang und eine Standübersetzung des zweiten Planetenradsatzes nur Einfluss auf den Gangsprung zwischen dem zweiten und dem dritten Gang hat. Zudem ergeben sich bei bevorzugten Standübersetzungen der Planetenradsätze von -2,5 geeignete Übersetzungen in den drei Gängen sowie kleine Gangsprünge zwischen den Gängen bei einer Getriebespreizung von dann etwa 2,0. Ferner treten in den drei Gängen nur niedrige Drehzahlfaktoren und Differenzdrehzahlfaktoren an den einzelnen Komponenten des Getriebes auf.
Aufgrund der Verbindung der Elektromaschine mit der zweiten Antriebswelle des Getriebes lassen sich unterschiedliche Betriebsmodi auf einfache Art und Weise verwirklichen:
So kann ein erster Gang zwischen der zweiten Antriebswelle und der Abtriebswelle für ein rein elektrisches Fahren genutzt werden, wobei sich dieser erste Gang durch Schließen des dritten Schaltelements ergibt. Dadurch ist der Rotor der Elektromaschine über den ersten Planeten radsatz mit der Abtriebswelle verbunden, wobei eine Übersetzung dieses ersten Ganges einer Übersetzung des ersten, zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Ganges entspricht.
Außerdem kann noch ein zweiter Gang zwischen der zweiten Antriebswelle und der Abtriebswelle für ein rein elektrisches Fahren realisiert werden. Dabei ist zum Schalten dieses zweiten Ganges das vierte Schaltelement zu betätigen, so dass dann der Rotor der Elektromaschine über den zweiten Planetenradsatz mit der Abtriebswelle in Verbindung steht. Eine Übersetzung dieses zweiten, zwischen der zweiten Antriebswelle und Abtriebswelle wirksamen Ganges entspricht dabei einer Übersetzung des dritten, zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Ganges.
Ausgehend von einem rein elektrischen Fahren im ersten, zwischen der zweiten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Gang kann dann die vorgeschaltete Antriebsmaschine in den ersten oder in den zweiten, zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Gang zugestartet werden, da an diesen jeweils das dritte Schaltelement beteiligt ist. Ebenso kann auch aus dem zweiten, zwischen der zweiten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Gang ein Zustarten der vorgeschalteten Antriebsmaschine durch zusätzliches Schließen des ersten Schaltelements oder des zweiten Schaltelements erfolgen, wobei hierdurch dann der zweite bzw. dritte, zwischen der ersten Antriebswelle und Abtriebswelle wirksame Gang geschaltet wird.
Als weiterer Betriebsmodus kann zudem ein Ladebetrieb eines elektrischen Energiespeichers verwirklicht werden, indem lediglich das zweite Schaltelement geschlossen und damit eine Verbindung der ersten Antriebswelle mit der Elektromaschine und damit auch der vorgeschalteten Antriebsmaschine mit der Elektromaschine hergestellt wird. Gleichzeitig ist dabei kein Kraftschluss zur Abtriebswelle hergestellt, so dass sich das Getriebe in einer Neutralstellung befindet. Abgesehen von einem Ladebetrieb kann hierdurch auch ein Starten der vorgeschalteten Antriebsmaschine über die Elektromaschine verwirklicht werden.
Des Weiteren können Lastschaltungen mit Zugkraftstützung dargestellt werden: beim Gangwechsel zwischen dem ersten, zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Gang und der ersten Variante des zweiten, zwischen der ersten Antriebswelle und Abtriebswelle wirksamen Ganges kann die Zugkraft bei geschlossenem dritten Schaltelement über die Elektromaschine gestützt werden, wobei die Synchronisation des zu schließenden, ersten Schaltelements dabei über eine Drehzahlregelung der vorgeschalteten Antriebsmaschine erfolgt. Ebenso kann ein Gangwechsel zwischen den Varianten des zweiten, zwischen der ersten Antriebswelle und Abtriebswelle wirksamen Ganges bei geschlossenem ersten Schaltelement erfolgen, wobei in diesem Fall allerdings die vorgeschaltete Antriebsmaschine die Zugkraft stützt und eine Synchronisation des zu schließenden, vierten Schaltelements anhand einer Drehzahlregelung der Elektromaschine realisiert wird. Schließlich wird im Zuge eines Gangwechsels zwischen der zweiten Variante des zweiten, zwischen der ersten Antriebswelle und Abtriebswelle wirksamen Ganges und dem dritten, zwischen der ersten Antriebswelle und Abtriebswelle wirksamen Ganges die Zugkraft bei geschlossenem vierten Schaltelement über die Elektromaschine ge- stützt, während eine Synchronisation des zu schließenden, zweiten Schaltelements durch Drehzahlregelung der vorgeschalteten Antriebsmaschine erfolgt.
Es ist eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, dass eine weitere Elekt- romaschine vorgesehen ist, deren Rotor mit der ersten Antriebswelle in Verbindung steht. Eine derartige Ausgestaltung hat dabei den Vorteil, dass hierdurch weitere Fahrzustände verwirklicht werden können. Zudem kann hierdurch ggf. unmittelbar ein Starten der vorgeschalteten Antriebsmaschine realisiert werden, wenn diese als Verbrennungskraftmaschine ausgestaltet ist. Darüber hinaus kann die zusätzliche Elekt- romaschine die vorgeschaltete Antriebsmaschine bei der Synchronisation von Schaltelementen unterstützen. Auch die weitere Elektromaschine kann koaxial oder achsversetzt angeordnet sein, wobei auch hier die Zwischenschaltung einer oder auch mehrerer Übersetzungsstufen denkbar ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die erste Antriebswelle über ein fünftes Schaltelement drehfest mit einer Anschlusswelle verbunden werden, die wiederum mit der dem Getriebe vorgeschaltete Antriebsmaschine gekoppelt ist. Das fünfte Schaltelement kann dabei prinzipiell als kraftschlüssiges oder auch als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt sein, liegt aber besonders bevorzugt als Klauenkupplung vor. Über das fünfte Schaltelement kann die vorgeschaltete Antriebsmaschine dementsprechend auch vollständig vom Getriebe abgekoppelt werden, so dass ein rein elektrischer Betrieb problemlos realisierbar ist.
In Weiterbildung der Erfindung ist ein oder sind mehrere Schaltelemente jeweils als formschlüssiges Schaltelement realisiert. Hierbei ist das jeweilige Schaltelement bevorzugt entweder als Klauenschaltelement oder als Sperrsynchronisation ausgeführt. Formschlüssige Schaltelemente haben gegenüber kraftschlüssigen Schaltelementen den Vorteil, dass im geöffneten Zustand geringere Schleppverluste auftreten, so dass sich ein besserer Wirkungsgrad des Getriebes erreichen lässt. Insbesondere sind bei dem erfindungsgemäßen Getriebe alle Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente verwirklicht, so dass sich möglichst geringe Schleppverluste erreichen lassen. Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement zu einem Schaltelementpaar zusammenge- fasst, welchem ein Betätigungselement zugeordnet ist. Dabei kann über das Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus einerseits das erste Schaltelement und andererseits das zweite Schaltelement betätigt werden. Dies hat den Vorteil, dass durch dieses Zusammenfassen die Anzahl an Betätigungselementen reduziert und damit auch der Herstellungsaufwand gemindert werden kann.
Alternativ oder auch ergänzend zu der vorgenannten Variante sind das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement zu einem Schaltelementpaar zusammenge- fasst, welchem ein Betätigungselement zugeordnet ist. Über dieses Betätigungselement kann dabei aus einer Neutralstellung heraus einerseits das dritte Schaltelement und andererseits das vierte Schaltelement betätigt werden. Hierdurch kann der Her- stellungsaufwand reduziert werden, indem durch das Zusammenfassen der beiden Schaltelemente zu einem Schaltelementpaar eine Betätigungseinrichtung für beide Schaltelemente verwendet werden kann.
Besonders bevorzugt sind aber beide vorgenannten Schaltelementpaare realisiert, so dass die vier Schaltelemente des Getriebes über zwei Betätigungselemente betätigt werden können. Hierdurch lässt sich ein besonders niedriger Herstellungsaufwand verwirklichen.
Es ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung, dass der Rotor der Elektroma- schine mit der zweiten Antriebswelle über einen dritten Planeten radsatz in Verbindung steht, von dessen Elementen ein erstes Element festgesetzt und ein zweites Element mit der zweiten Antriebswelle verbunden ist, während ein drittes Element des dritten Planetenradsatzes mit dem Rotor der Elektromaschine in Verbindung steht. Dies hat den Vorteil, dass die Elektromaschine aufgrund der zusätzlichen Übersetzung über den dritten Planetenradsatz als schnelllaufende Elektromaschine mit niedrigem Drehmoment ausgeführt werden kann. Gegebenenfalls kann diese An- bindung der Elektromaschine noch mit weiteren Übersetzungsstufen kombiniert werden. Die Planeten radsätze können, sofern es eine Anbindung der Elemente ermöglicht, im Rahmen der Erfindung jeweils als Minus-Planetensatz vorliegen, wobei es sich bei dem ersten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein Sonnenrad, bei dem zweiten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um einen Planetensteg und bei dem dritten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein Hohlrad handelt. Ein Minus-Planetensatz 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 drehbar gelagert führt, die im Einzelnen jeweils sowohl mit dem Sonnenrad, als auch dem umliegenden Hohlrad kämmen.
Alternativ dazu könnten aber einer oder auch mehrere Planetenradsätze, sofern es die Anbindung der jeweiligen Elemente zulässt, als Plus-Planetensatz vorliegen, wobei es sich bei dem ersten Element des jeweiligen Planetenradsatzes dann um ein Sonnenrad, bei dem zweiten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein Hohlrad und bei dem dritten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um einen Planetensteg handelt. Bei einem Plus-Planetensatz sind ebenfalls die Elemente Sonnenrad, Hohlrad und Planetensteg vorhanden, wobei Letzterer mindestens ein Planeten- radpaar 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.
Wo es eine Anbindung der einzelnen Elemente zulässt, kann ein Minus-Planetensatz in einen Plus-Planetensatz überführt werden, wobei dann gegenüber der Ausführung als Minus-Planetensatz die Hohlrad- und die Planetensteganbindung miteinander zu tauschen, sowie eine Getriebestandübersetzung um eins zu erhöhen ist. Umgekehrt könnte auch ein Plus-Planetensatz durch einen Minus-Planetensatz ersetzt werden, sofern die Anbindung der Elemente des Getriebes dies ermöglicht. Dabei wären dann im Vergleich zu dem Plus-Planetensatz ebenfalls die Hohlrad- und die Planetensteganbindung miteinander zu tauschen, sowie eine Getriebestandübersetzung um eins zu reduzieren. Bevorzugt liegen der erste und der zweite Planetenradsatz als Minus-Planetensätze vor, wobei ein gegebenenfalls vorhandener, dritter Planetenradsatz ebenfalls bevorzugt als Minus-Planetensatz ausgeführt ist. Im Rahmen der Erfindung kann dem Getriebe ein Anfahrelement vorgeschaltet sein, 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 insbesondere als Brennkraftmaschine gestalteten Antriebsmaschine und der ersten 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 für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug und ist dann zwischen einer als Verbrennungskraftmaschine oder als Elektromaschine gestalteten Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges und weiteren, in Kraftflussrichtung zu Antriebsrädern des Kraftfahrzeuges folgenden Komponenten des Antriebsstranges angeordnet. Hierbei ist die erste Antriebswelle des Getriebes entweder permanent drehfest mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine bzw. der Rotorwelle der Elektromaschine gekoppelt oder über eine zwischenliegende Trennkupplung bzw. ein Anfahrelement mit dieser verbindbar, wobei zwischen einer Verbrennungskraftmaschine und dem Getriebe zudem ein Torsionsschwingungsdampfer vorgesehen sein kann. Abtriebsseitig ist das Getriebe innerhalb des Kraftfahrzeugantriebsstranges dann bevorzugt mit einem Differentialgetriebe 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. Das Differentialgetriebe bzw. das Längsdifferential kann dabei mit dem Getriebe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Ebenso kann auch ein ggf. vorhandener Torsionsschwingungsdämpfer mit in dieses Gehäuse integriert sein.
Dass zwei Bauelemente des Getriebes drehfest„verbunden" bzw.„gekoppelt" sind bzw.„miteinander in Verbindung stehen", meint im Sinne der Erfindung eine permanente Koppelung dieser Bauelemente, so dass diese nicht unabhängig voneinander rotieren können. Insofern ist zwischen diesen Bauelementen, bei welchen es sich um Elemente der Planetenradsätze und/oder auch Wellen und/oder ein drehfestes Bauelement des Getriebes handeln kann, kein Schaltelement vorgesehen, sondern die entsprechenden Bauelemente sind starr miteinander gekoppelt.
Ist hingegen ein Schaltelement zwischen zwei Bauelementen vorgesehen, so sind diese Bauelemente nicht permanent drehfest miteinander gekoppelt, sondern eine drehfeste Koppelung wird erst durch Betätigen des zwischenliegenden Schaltelements 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 unmittelbar angekoppelten Bauelemente in ihren Drehbewegungen aneinander angleicht. Im Falle einer Ausgestaltung des betreffenden Schaltelements als formschlüssiges Schaltelement werden die hierüber unmittelbar 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 o- der 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 entsprechend einer ersten Variante, mit einem Getriebe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugantriebsstranges gemäß einer zweiten Variante, mit einem Getriebe entsprechend einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung;
Fig. 3 ein beispielhaftes Schaltschema der Getriebe der Kraftfahrzeugantriebsstränge aus den Fig. 1 und 2;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugantriebsstranges gemäß einer dritten Variante, mit dem Getriebe gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5 eine tabellarische Darstellung unterschiedlicher Zustände des Kraftfahrzeugantriebsstranges aus Fig. 4;
Fig. 6 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges gemäß einer vierten Variante, mit einem Getriebe entsprechend einer dritten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung;
Fig. 7 eine tabellarische Darstellung unterschiedlicher Zustände des Kraftfahrzeugantriebsstranges aus Fig. 6;
Fig. 8 bis 21 unterschiedliche Abwandlungsmöglichkeiten der Getriebe der Kraftfahrzeugantriebsstränge nach den Fig. 1 , 2, 4 und 6.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges eines Hybridfahrzeuges, wobei in dem Kraftfahrzeugantriebsstrang eine Verbrennungskraftmaschine VKM über einen zwischenliegenden Torsionsschwingungsdämpfer TS mit einem Getriebe G verbunden ist. Dem Getriebe G ist abtriebsseitig ein Differentialgetriebe AG nachgeschaltet, über welches eine Antriebsleistung auf - vorliegend nicht weiter dargestellte - Antriebsräder einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges verteilt wird. Das Getriebe G und der Torsionsschwingungsdämpfer TS sind dabei bevorzugt in einem gemeinsamen Gehäuse des Getriebes G angeordnet, in welches weiter bevorzugt dann auch das Differentialgetriebe AG integriert ist. Vorliegend sind zudem die Verbrennungskraftmaschine VKM, der Torsionsschwingungsdämpfer TS, das Getriebe G und auch das Differentialgetriebe AG quer zu einer Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichtet.
Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, weist das Getriebe G eine erste Antriebswelle GW1 , eine zweite Antriebswelle GW2 und eine Abtriebswelle GWA auf, die koaxial zueinander liegen. Zudem verfügt das Getriebe G über zwei Planeten radsätze P1 und P2, die sich jeweils aus je einem ersten Element E1 1 bzw. E12, je einem zweiten Element E21 bzw. E22 sowie je einem dritten Element E31 bzw. E32 zusammensetzen und ebenfalls koaxial zu den Antriebswellen GW1 und GW2 sowie der Abtriebswelle GWA angeordnet sind. Das jeweilige erste Element E1 1 bzw. E12 des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 ist dabei durch ein jeweiliges Sonnenrad gebildet, während das jeweilige zweite Element E21 bzw. E22 des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 als ein jeweiliger Planetensteg vorliegt. Schließlich wird noch das jeweilige dritte Element E31 bzw. E32 des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 durch ein jeweiliges Hohlrad des jeweiligen Planeten radsatzes P1 bzw. P2 gebildet.
Die beiden Planeten radsätze P1 und P2 sind vorliegend jeweils als Minus- Planetensätze ausgestaltet, indem der jeweilige Planetensteg mindestens ein Planetenrad drehbar gelagert führt, welches sowohl mit dem jeweiligen, radial innenliegenden Sonnenrad, als auch dem jeweiligen, umliegenden Hohlrad im Zahneingriff steht. Bevorzugt werden aber sowohl bei dem ersten Planetenradsatz P1 , als auch dem zweiten Planetenradsatz P2 jeweils mehrere Planetenräder durch den jeweiligen Planetensteg geführt, die dann im Einzelnen mit dem jeweiligen Sonnenrad und auch dem jeweiligen Hohlrad kämmen.
Sofern es eine Anbindung der Elemente der Planetenradsätze P1 und P2 zulässt, könnte aber auch einer oder sogar beide Planetenradsätze P1 und P2 auch als Plus- Planetensätze ausgeführt sein. In diesem Fall wäre dann das jeweilige zweite Element E21 bzw. E22 durch das jeweilige Hohlrad und das jeweilige dritte Element E31 bzw. E32 durch den Planetensteg zu bilden. Letzterer würde dann zumindest ein Planetenradpaar drehbar gelagert führen, von dessen Planetenrädern ein Planetenrad mit dem jeweiligen, radial innenliegenden Sonnenrad und ein Planetenrad mit dem jeweiligen, radial umliegenden Hohlrad kämmt, wobei die Planetenräder des zumindest einen Planetenradpaares dabei zudem untereinander im Zahneingriff stehen. Des Weiteren wäre eine jeweilige Standübersetzung um eins zu reduzieren.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist die erste Antriebswelle GW1 drehfest mit einer Abtriebsseite des vorgeschalteten Torsionsschwingungsdämpfers TS verbunden und kann über ein erstes Schaltelement A drehfest mit der Abtriebswelle GWA verbunden werden. Darüber hinaus kann die erste Antriebswelle GW1 noch durch Schließen eines zweiten Schaltelements B drehfest mit der zweiten Antriebswelle GW2 in Verbindung gebracht werden, die dabei axial nebenliegend zu der ersten Antriebswelle GW1 sowie radial innenliegend zu der als Hohlwelle gestalteten Abtriebswelle GWA verläuft.
Die zweite Abtriebswelle GW2 ist drehfest mit einem Rotor R1 einer Elektromaschine EM1 des Getriebes G verbunden, wobei die Elektromaschine EM1 koaxial zu den beiden Planetenradsätzen P1 und P2 vorgesehen ist und dabei axial im Wesentlichen auf Höhe der beiden Planetenradsätze P1 und P2 sowie radial umliegend zu diesen platziert ist. Ein Stator S1 der Elektromaschine EM1 ist an einem drehfesten Bauelement GG des Getriebes G festgesetzt, bei welchem es sich insbesondere um das Gehäuse des Getriebes G oder einen Teil des Gehäuses handelt. Ferner ist die zweite Abtriebswelle GW2 ständig drehfest mit dem dritten Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 und dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden, so dass auch der Rotor R1 der Elektromaschine EM1 permanent drehfest mit diesen beiden Elementen E31 und E22 in Verbindung steht.
Die Abtriebswelle GWA kann abgesehen von der drehfesten Verbindbarkeit mit der ersten Antriebswelle GW1 noch durch Betätigen eines dritten Schaltelements C drehfest mit dem zweiten Element E21 des ersten Planeten radsatzes P1 sowie mittels Schließen eines vierten Schaltelements D drehfest mit dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden werden. Außerdem ist die Abtriebswelle GWA mit dem Achsgetriebe AG gekoppelt, indem die Abtriebswelle GWA drehfest mit einem ersten Stirnrad SR1 verbunden ist, welches Teil einer ersten Stirnradstufe SRS1 ist und mit einem zweiten Stirnrad SR2 dieser Stirnradstufe SRS1 im Zahneingriff steht. Das zweite Stirnrad SR2 ist dabei drehfest auf einer Zwischenwelle ZW platziert, die zudem ein erstes Stirnrad SR3 einer zweiten Stirnradstufe SRS2 drehfest führt. Das erste Stirnrad SR3 kämmt dabei mit einem zweiten Stirnrad SR4 der zweiten Stirnradstufe SRS2, wobei das zweite Stirnrad SR4 dann drehfest mit einem Differential korb des Achsgetriebes AG verbunden ist.
Wie schließlich noch in Fig. 1 zu erkennen ist, sind sowohl das erste Element E1 1 des ersten Planetenradsatzes P1 , als auch das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 jeweils am drehfesten Bauelement GG festgesetzt und werden damit auch jeweils permanent an einer Drehbewegung gehindert.
Die Schaltelemente A, B, C und D sind vorliegend jeweils als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt und liegen konkret jeweils als Klauenkupplungen vor. Axial sind die Schaltelemente A, B, C und D zwischen der ersten Antriebswelle GW1 und den Planetenradsätzen P1 und P2 angeordnet, wobei dabei das zweite Schaltelement B axial benachbart zu der ersten Antriebswelle GW1 liegt und hierauf dann axial zunächst das erste Schaltelement A, dann das vierte Schaltelement D und schließlich das dritte Schaltelement C folgen.
Das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement B sind axial unmittelbar nebeneinanderliegend platziert und zu einem Schaltelementpaar SP1 zusammenge- fasst, indem dem ersten Schaltelement A und dem zweiten Schaltelement B ein gemeinsames Betätigungselement zugeordnet ist, über welches aus einer Neutralstellung heraus zum einen das erste Schaltelement A und zum anderen das zweite Schaltelement B betätigt werden kann.
Ebenso bilden das dritte Schaltelement C und das vierte Schaltelement D ein Schaltelementpaar SP2, bei welchem über ein gemeinsames Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus einerseits das dritte Schaltelement C sowie andererseits das vierte Schaltelement D betätigt werden kann.
Schließlich sind noch die beiden Planetenradsätze P1 und P2 axial auf die Schaltelemente A, B, C und D folgend in der Reihenfolge erster Planeten radsatz P1 und zweiter Planeten radsatz P2 angeordnet. Dementsprechend liegt der zweite Planetenradsatz P2 an einem der ersten Antriebswelle GW1 gegenüberliegenden axialen Ende des Getriebes G.
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges gemäß einer zweiten Variante, wobei im Unterschied zu der Variante nach Fig. 1 hierbei ein Getriebe G gemäß einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung zur Anwendung kommt. Dieses Getriebe G entspricht dabei im Wesentlichen der Ausführungsform aus Fig. 1 , wobei im Unterschied dazu nun an der ersten Antriebswelle GW1 ein Rotor R2 einer weiteren, koaxial angeordneten Elektromaschine EM2 ständig drehfest angebunden ist. Ein Stator S2 dieser Elektromaschine EM2 ist permanent am drehfesten Bauelement GG festgesetzt. Im Übrigen entspricht die Variante nach Fig. 2 der Ausgestaltung nach Fig. 1 , so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
In Fig. 3 ist ein beispielhaftes Schaltschema für die Getriebe G der Kraftfahrzeugantriebsstränge aus den Fig. 1 und 2 tabellarisch dargestellt. Wie zu erkennen ist, können hierbei zwischen der ersten Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GWA jeweils insgesamt drei Gänge 1 bis 3 realisiert werden, wobei in den Spalten des Schaltschemas mit einem x jeweils gekennzeichnet ist, welches der Schaltelemente A, B, C und D in welchem der Gänge 1 bis 3 jeweils geschlossen ist. In jedem der Gänge 1 bis 3 sind dabei jeweils zwei der Schaltelemente A, B, C und D geschlossen. Des Weiteren sind in weiteren Spalten zudem eine jeweilige Übersetzung i in den Gängen sowie ein jeweiliger Gangsprung phi zwischen den Gängen dargestellt, wobei diese für bevorzugte Standübersetzungen der beiden Planetenradsätze P1 und P2 von jeweils -2,5 gelten. Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, wird ein erster Gang 1 zwischen der ersten Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GWA durch Betätigen des zweiten Schaltelements B und des dritten Schaltelements C geschaltet, wobei hieran der erste Planetenradsatz P1 beteiligt ist. Hiervon ausgehend wird ein zweiter, zwischen der ersten Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GWA wirksamer Gang in einer ersten Variante 2a gebildet, indem das zweite Schaltelement B geöffnet und das erste Schaltelement A geschlossen wird. Da bei geschlossenem ersten Schaltelement A die erste Antriebswelle GW1 drehfest mit der Abtriebswelle GWA verbunden ist, erfolgt in diesem Fall ein starrer Durchtrieb auf die Abtriebswelle GWA, ohne dass einer der Planetenradsätze P1 und P2 hieran beteiligt ist. Zur Vorbereitung einer Schaltung in den dritten, zwischen der ersten Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GWA wirksamen Gang 3 wird im Vorfeld in eine zweite Variante 2b des zweiten Ganges umgeschaltet, indem das dritte Schaltelement C geöffnet und das vierte Schaltelement D geschlossen wird. Ausgehend von dieser zweiten Variante 2b wird dann in den dritten Gang 3 geschaltet, indem das erste Schaltelement A geöffnet und im Folgenden das zweite Schaltelement B geschlossen wird. Die Übersetzung des dritten Ganges 3 wird dabei über den zweiten Planeten radsatz P2 erzeugt.
Obwohl die Schaltelemente A, B, C und D jeweils als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sind, kann ein Schalten zwischen dem ersten Gang 1 und der ersten Variante 2a des zweiten Ganges sowie zwischen der zweiten Variante 2b des zweiten Ganges und dem dritten Gang 3 unter Last realisiert werden. Dabei wird bei einem Gangwechsel zwischen dem ersten Gang 1 und der ersten Variante 2a des zweiten Ganges bei geschlossenem dritten Schaltelement C die Zugkraft über die Elektroma- schine EM1 gestützt, während eine Synchronisation des zu schließenden, ersten Schaltelements A mittels Drehzahlregelung der Verbrennungskraftmaschine VKM realisiert wird. Ein Wechsel zwischen den beiden Varianten 2a und 2b des zweiten Ganges findet als Vorwahlschaltung im Hintergrund statt, wobei hierbei die Zugkraft über die Verbrennungskraftmaschine VKM bei geschlossenem ersten Schaltelement A gestützt wird, während eine Synchronisation des zu schließenden, vierten Schaltelements D durch Regelung der Drehzahl über die Elektromaschine EM1 erfolgt. Beim Gangwechsel von der zweiten Variante 2b des zweiten Ganges in den dritten Gang 3 stützt dann die Elektromaschine EM1 bei geschlossenem, vierten Schaltele- ment D die Zugkraft, wobei die Synchronisation des zu schließenden, zweiten Schaltelements B mittels Drehzahlregelung der Verbrennungskraftmaschine VKM erfolgt.
Die Getriebe G der Kraftfahrzeugantriebsstränge nach Fig. 1 und 2 können zudem noch in anderweitigen Betriebsmodi unter Zuhilfenahme der Elektromaschine EM1 betrieben werden: so kann ein rein elektrisches Fahren in einem ersten Gang E1 stattfinden, welcher zwischen der zweiten Antriebswelle GW2 und der Abtriebswelle GWA wirksam ist und zu dessen Darstellung das dritte Schaltelement C in einen geschlossenen Zustand zu überführen ist. Dadurch wird dann der Rotor R1 der Elektromaschine EM1 über den ersten Planetenradsatz P1 mit der Abtriebswelle GWA gekoppelt, wobei eine Übersetzung i des ersten Ganges E1 einer Übersetzung i des ersten Ganges 1 entspricht. Ausgehend vom ersten Gang E1 kann ein Zustarten der Verbrennungskraftmaschine VKM in die Gänge 1 und 2a stattfinden, da auch an diesen jeweils das dritte Schaltelement C beteiligt ist. Insofern kann zügig vom rein elektrischen Fahren in ein Fahren über die Verbrennungskraftmaschine bzw. ein hybridisches Fahren übergegangen werden.
Zudem kann noch ein zweiter Gang E3 für ein rein elektrisches Fahren genutzt werden, welcher ebenfalls zwischen der zweiten Antriebswelle GW2 und damit dem Rotor R1 der Elektromaschine EM1 und der Abtriebswelle GWA wirksam ist. Zum Schalten des zweiten Ganges E3 ist das vierte Schaltelement D zu schließen, so dass dann der Rotor R1 über den zweiten Planetenradsatz P2 mit der Abtriebswelle GWA gekoppelt ist. Eine Übersetzung i des zweiten Ganges E3 entspricht dabei einer Übersetzung i des dritten Ganges 3. Zudem kann ausgehend von dem zweiten Gang E3 ein Zustarten der Verbrennungskraftmaschine VKM in die zweite Variante 2b des zweiten Ganges sowie in den dritten Gang 3 erfolgen, da auch an diesen jeweils das vierte Schaltelement D beteiligt ist.
Schließlich kann durch Schließen des zweiten Schaltelements B eine Lade- oder Startfunktion realisiert werden. Denn im geschlossenen Zustand des zweiten Schaltelements B ist die erste Antriebswelle GW1 direkt mit der zweiten Antriebswelle GW2 und damit auch dem Rotor R1 der Elektromaschine EM1 gekoppelt, so dass inner- halb des jeweiligen Antriebsstranges auch die Verbrennungskraftmaschine VKM mit der Elektromaschine EM1 gekoppelt ist. Gleichzeitig besteht dabei aber kein Kraft- schluss zur Abtriebswelle GWA, wobei der Rotor R1 und die erste Antriebswelle GW1 dabei gleich schnell laufen. Im generatorischen Betrieb der Elektromaschine EM kann dabei ein elektrischer Energiespeicher über die Verbrennungskraftmaschine VKM geladen werden, während im elektromotorischen Betrieb der Elektromaschine EM1 ein Starten der Verbrennungskraftmaschine VKM über die Elektromaschine EM1 realisierbar ist.
Bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang aus Fig. 2 kann ein Starten der Verbrennungskraftmaschine VKM sowie ein Laden eines Energiespeichers aber auch über die weitere Elektromaschine EM2 vollzogen werden, deren Rotor R2 über den zwischenliegenden Torsionsschwingungsdämpfer TS permanent mit der Verbrennungskraftmaschine VKM gekoppelt ist. Zudem kann die weitere Elektromaschine EM2 die Verbrennungskraftmaschine VKM auch bei einem Synchronisieren der Schaltelemente A und B unterstützen.
Des Weiteren zeigt Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugantriebsstranges entsprechend einer weiteren Variante, welcher dabei weitestgehend der Ausführung aus Fig. 1 entspricht. Einziger Unterschied ist dabei, dass dem Getriebe G nun nicht eine Verbrennungskraftmaschine mit Torsionsschwingungsdämpfer sondern eine weitere Elektromaschine EM2 als Antriebsmaschine vorgeschaltet ist. Insofern ist der in Fig. 4 dargestellte Kraftfahrzeugantriebsstrang für die Verwendung bei einem Elektrofahrzeug ausgestaltet. Ein Rotor R2 der koaxial zum Getriebe G angeordneten Elektromaschine EM2 ist dabei drehfest mit der ersten Antriebswelle GW1 des Getriebes G verbunden. Ansonsten entspricht die Ausführung nach Fig. 4 der Variante nach Fig. 1 , so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
In Fig. 5 sind unterschiedliche Zustände I bis VII des Kraftfahrzeugantriebsstranges aus Fig. 4 tabellarisch dargestellt, wobei diese unterschiedlichen Zustände I bis VII durch unterschiedliche Einbindungen der beiden Elektromaschine EM1 und EM2 verwirklicht werden. Insgesamt können dabei sieben unterschiedliche Zustände I bis VII dargestellt werden. In den darauffolgenden Spalten ist dann angegeben, welcher der Gänge hinsichtlich der Elektromaschine EM1 und auch hinsichtlich der weiteren Elektromaschine EM2 im Getriebe G geschaltet werden, wobei 0 bedeutet, dass keine Verbindung der jeweiligen Elektromaschine EM1 bzw. EM2 zur Abtriebswelle GWA hergestellt ist.
Bei einem ersten Zustand I wird rein elektrisch über die Elektromaschine EM1 gefahren, indem im Getriebe G der erste Gang E1 auf die bereits zu Fig. 3 beschriebene Art und Weise geschaltet ist. Ebenso wird der Kraftfahrzeugantriebsstrang bei Zustand II rein über die Elektromaschine EM1 betrieben, wobei in diesem Fall im Getriebe G allerdings der zweite Gang E3 geschaltet ist, wie er ebenfalls in Fig. 3 beschrieben ist. Im Zustand III wird dann hingegen alleine über die Elektromaschine EM2 gefahren, wobei hierzu im Getriebe G ein zweiter Gang 2 geschaltet ist, welcher sich durch alleiniges Betätigen des ersten Schaltelements A ergibt. In diesem Fall ist dann der Rotor R2 der weiteren Elektromaschine EM2 direkt drehfest mit der Abtriebswelle GWA verbunden. Bei den Zuständen I bis III kann dabei besonders effektiv gefahren werden, da bei niedriger Lastanforderung nur mit einer der beiden Elektromaschine E 1 oder EM2 gefahren wird. Besonders effektiv ist dabei der Zustand III, da in diesem Fall die beiden Planetenstufe P1 und P2 und auch die Elektromaschine EM1 stillstehen.
Ab dem Zustand IV wird dann sowohl über die Elektromaschine EM1 , als auch die weitere Elektromaschine EM2 gefahren, indem beide Elektromaschinen EM1 und EM2 durch Schaltung der entsprechenden Gänge im Getriebe G gemeinsam eingebunden sind. So werden bei Zustand IV der erste Gang E1 und der erste Gang 1 , bei Zustand V der erste Gang E1 und die erste Variante 2a des zweiten Ganges, bei Zustand VI der zweite Gang E3 und die zweite Variante 2b des zweiten Ganges sowie bei Zustand VII der zweite Gang E3 und der dritte Gang 3 geschaltet. Die Darstellung der einzelnen Gänge ist dabei in den Spalten für die einzelnen Schaltelement A, B, C und D dargestellt und konkret zu Fig. 3 beschrieben.
Aus Fig. 6 geht eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges gemäß einer weiteren Variante hervor, wobei diese Variante eine Weiterbildung der Ausführung nach Fig. 2 bildet. Unterschiedlich ist nun gegenüber der Ausführung nach Fig. 2, dass die erste Antriebswelle GW1 nicht permanent mit dem Torsions- schwingungsdämpfer TS und damit auch der Verbrennungskraftmaschine VKM in Verbindung steht, sondern über ein fünftes Schaltelement KO drehfest mit einer Anschlusswelle AN verbunden werden kann, die ständig mit dem Torsionsschwin- gungsdämpfer TS und auch der Verbrennungskraftmaschine VKM verbunden ist. Im Übrigen entspricht die Variante nach Fig. 6 der Ausführung nach Fig. 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen werden kann.
Fig. 7 zeigt tabellarisch unterschiedliche Zustände I bis XVI des Kraftfahrzeugantriebsstranges aus Fig. 6. Dabei ist zu erkennen, dass insgesamt sechzehn unterschiedliche Zustände I bis XVI verwirklicht werden können, indem durch entsprechende Schaltung des Getriebes G die Verbrennungskraftmaschine VKM und die beiden Elektromaschine EM1 und EM2 auf unterschiedliche Art und Weisen eingebunden werden. Dabei ist in den auf die Spalte der Zustände folgenden Spalten jeweils der hinsichtlich der Elektromaschine EM1 , hinsichtlich der weiteren Elektromaschine EM2 und hinsichtlich der Verbrennungskraftmaschine VKM jeweils geschaltete Gang angegeben. Dabei bedeutet eine 0, dass bei der Verbrennungskraftmaschine VKM bzw. der jeweiligen Elektromaschine EM1 bzw. EM2 keine Verbindung zur Abtriebswelle GWA hergestellt ist. In den darauffolgenden Spalten sind dann die Schaltzustände der Schaltelement A, B, C, D und KO angegeben.
In den beiden Zuständen I und II wird über die Elektromaschine EM1 alleine gefahren, während bei Zustand III ein Betrieb alleine über die weitere Elektromaschine EM2 stattfindet. Im Fall der Zustände IV bis VII wird dann der Kraftfahrzeugantriebsstrang durch gleichzeitiges Betreiben der beiden Elektromaschine EM1 und EM2 betrieben. Insofern entsprechen die Zustände I bis VII dem zu Fig. 5 Beschriebenen.
Bei den Zuständen VIII und IX wird die Verbrennungskraftmaschine VKM mit der weiteren Elektromaschine EM2 bzw. mit beiden Elektromaschinen EM1 und EM2 verbunden, wobei hierbei ein Starten der Verbrennungskraftmaschine VKM bzw. ein Laden eines Energiespeichers möglich ist. Bei den beiden Zuständen X und XI findet ein serielles Fahren statt, wobei vor dem seriellen Betrieb ein Starten der Verbren- nungskraftmaschine VKM über die weitere Elektromaschine EM2 möglich ist. Dabei kann die weitere Elektromaschine EM2 zuvor auch das fünfte Schaltelement KO synchronisieren.
Im Falle der Zustände XII bis XVI findet dann ein hybridisches Fahren statt, wobei dies im Falle des Zustandes XII durch Kombination der Verbrennungskraftmaschine mit der weiteren Elektromaschine EM2 und bei den weiteren Zuständen XIII bis XVI durch gleichzeitiges Betreiben der Verbrennungskraftmaschine VKM und beider Elektromaschinen EM1 und EM2 stattfindet.
Die Fig. 8 bis 21 zeigen unterschiedliche Abwandlungsmöglichkeiten der Getriebe G der Kraftfahrzeugantriebsstränge aus den Figuren 1 , 2, 4 und 6. Dabei kann die einzelne Abwandlungsmöglichkeit bei jeder der vorgenannten Ausführungen zur Anwendung kommen. Der Einfachheit halber ist dabei bei den in den Fig. 8 bis 18 gezeigten Abwandlungsmöglichkeiten jeweils nur die obere Hälfte des in Frage kommenden Bereichs des hier rotationssymmetrischen Getriebes G dargestellt.
So zeigt Fig. 8 eine Abwandlungsmöglichkeit, bei welcher im Vergleich zu den in den Fig. 1 , 2, 4 und 6 gezeigten Varianten die beiden Planetenradsätze P1 und P2 hinsichtlich ihrer axialen Anordnung die Positionen getauscht haben, indem nun der zweite Planetenradsatz P2 axial zwischen der ersten Antriebswelle GW1 und dem ersten Planeten radsatz P1 liegt. Des Weiteren sind das erste Element E1 1 des ersten Planetenradsatzes P1 und das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest miteinander verbunden und gemeinsam permanent am drehfesten Bauelement GG festgesetzt. Schließlich haben noch das dritte Schaltelement C und das vierte Schaltelement D die axialen Positionen getauscht, wobei die beiden Schaltelement C und D dabei nach wie vor zu einem Schaltelementpaar SP2 zu- sammengefasst sind.
Bei der Abwandlungsmöglichkeit aus Fig. 9 sind im Unterschied zu den Varianten nach den Fig. 1 , 2, 4 und 6 die Schaltelemente A, B, C und D axial zwischen dem ersten Planeten radsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 angeordnet. Dabei ist das vierte Schaltelement D axial benachbart zum ersten Planetenradsatz P1 vor- gesehen, wobei hierauf dann axial zunächst das dritte Schaltelement C, dann das erste Schaltelement A und schließlich das zweite Schaltelement B folgen. Um dies zu ermöglichen, sind die beiden Planeten radsätze P1 und P2 axial weiter beabstandet voneinander angeordnet, wobei zudem die erste Antriebswelle GW1 axial in den Bereich zwischen die beiden Planetenradsätze P1 und P2 verlängert ist. In Übereinstimmung mit den Varianten nach den Fig. 1 , 2, 4 und 6 sind das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement B zu einem Schaltelementpaar SP1 sowie das dritte Schaltelement C und das vierte Schaltelement D zu einem Schaltelementpaar SP2 zusammengefasst. Eine Versorgung des Schaltelementpaars SP1 erfolgt dabei über die erste Antriebswelle GW1 , während das Schaltelementpaar SP2 über die Abtriebswelle GWA versorgt wird.
Fig. 10 zeigt eine weitere Abwandlungsmöglichkeit, bei welcher im Unterschied zu den Varianten nach den Fig. 1 , 2, 4 und 6 das dritte Schaltelement C und das vierte Schaltelement D axial zwischen dem ersten Planeten radsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 angeordnet sind. Zudem haben im Vergleich zu den Varianten nach den Fig. 1 , 2, 4 und 6 beiden Schaltelement C und D axial die Positionen getauscht. Eine Versorgung des Schaltelementpaares SP2, zu welchem das dritte Schaltelement C und das vierte Schaltelement D zusammengefasst sind, erfolgt dabei über die zweite Antriebswelle GW2.
Ferner geht aus Fig. 1 1 eine weitere Abwandlungsmöglichkeit hervor, wie sie bei den Kraftfahrzeugantriebsstränge nach den Fig. 1 , 2, 4 und 6 zur Anwendung kommen kann. Im Unterschied zu dem bei den Fig. 1 , 2, 4 und 6 Gezeigten ist nun die Abtriebswelle GWA permanent drehfest mit dem zweiten Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 und dem dritten Element E32 des zweiten Planeten radsatzes P2 verbunden. Zudem sind sowohl das erste Element E1 1 des ersten Planetenradsatzes P1 , als auch das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 nicht permanent am drehfesten Bauelement GG festgesetzt, sondern im Falle des ersten Element E1 1 des ersten Planeten radsatzes P1 erfolgt ein Festsetzen erst durch Betätigen eines dritten Schaltelements C sowie im Falle des ersten Elements E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 erst mit Schließen eines vierten Schaltelements D. Dabei ist das vierte Schaltelement D axial benachbart zum ersten Planeten radsatz P1 vorgesehen, wobei axial unmittelbar benachbart dazu dann das dritte Schaltelement C platziert ist. Die beiden Schaltelement C und D sind dabei wiederum zu einem Schaltelementpaar SP2 zusammengefasst.
Fig. 12 zeigt eine Abwandlungsmöglichkeit, die weitestgehend der Variante der vorhergehenden Fig. 1 1 entspricht. Im Unterschied dazu sind aber nun das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement B axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 vorgesehen, wobei das erste Schaltelement A dabei axial benachbart zum ersten Planetenradsatz P1 liegt. Zudem sind das dritte Schaltelement C und das vierte Schaltelement D nicht mehr zu einem Schaltelementpaar zusammengefasst, da das dritte Schaltelement C nun axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz P2 abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes P1 vorgesehen ist, während das vierte Schaltelement D axial auf einer dem ersten Planeten radsatz P1 abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes P2 platziert ist. Um dabei die Anordnung der beiden Schaltelement A und B zu ermöglichen, ist zudem die erste Antriebswelle GW1 axial in den Bereich zwischen die beiden Planetenradsätze P1 und P2 verlängert. Im Übrigen entspricht die Abwandlungsmöglichkeit nach Fig. 12 der Variante nach Fig. 1 1 , so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
Zudem geht aus Fig. 13 eine weitere Abwandlungsmöglichkeit hervor, die im Wesentlichen ebenfalls der Variante aus Fig. 11 entspricht. Unterschiedlich ist dabei aber, dass die beiden Planetenradsätze P1 und P2 nun axial die Positionen getauscht haben, indem nun axial zunächst der zweite Planeten radsatz P2 vorgesehen ist und axial hierauf der erste Planetenradsatz P1 folgt. Dabei sind das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement B axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz P2 abgewandt liegenden Seite des ersten Planeten radsatzes P1 vorgesehen, wohingegen das dritte Schaltelement C und das vierte Schaltelement D axial auf einer dem ersten Planeten radsatz P1 abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes P2 platziert sind. Ansonsten entspricht die Abwandlungsmöglichkeit nach Fig. 13 der Variante nach Fig. 11 , so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird. Ferner zeigt Fig. 14 eine weitere Abwandlungsmöglichkeit, die ebenfalls weitestgehend der Variante nach Fig. 1 1 entspricht. Im Unterschied dazu liegen hier nun aber die Schaltelemente A, B, C und D jeweils als Einzelschaltelemente vor, wobei das erste Schaltelement A und das dritte Schaltelement C dabei axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz P2 abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes P1 vorgesehen sind und dabei konkret das dritte Schaltelement C axial benachbart zum ersten Planeten radsatz P1 liegt und hierauf dann das erste Schaltelement A folgt. Dagegen sind das zweite Schaltelement B und das vierte Schaltelement D axial auf einer dem ersten Planetenradsatz P1 abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes P2 vorgesehen, wobei das vierte Schaltelement D dabei axial zwischen dem zweiten Planetenradsatz P2 und dem zweiten Schaltelement B liegt. Die erste Antriebswelle GW1 ist hierbei axial durch die als Hohlwelle gestaltete zweite Antriebswelle GW2 und die ebenfalls als Hohlwelle ausgeführte Abtriebswelle GWA in den Bereich des zweiten Schaltelements B hindurchgeführt. Im Übrigen entspricht die Variante nach Fig. 14 sonst der Abwandlungsmöglichkeit nach Fig. 11 , so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
Aus Fig. 15 geht eine weitere Abwandlungsmöglichkeit hervor, wobei diese Abwandlungsmöglichkeit im Wesentlichen der vorhergehenden Variante nach Fig. 14 entspricht. Unterschiedlich ist dabei aber, dass nun auch das erste Schaltelement A axial auf einer dem ersten Planeten radsatz P1 abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes P2 vorgesehen ist und dabei gemeinsam mit dem zweiten Schaltelement B ein Schaltelementpaar SP1 bildet. In der Folge ist nun auch die Abtriebswelle GWA axial in diesen Bereich verlängert, um über das erste Schaltelement A die drehfeste Verbindung zur ersten Antriebswelle GW1 herstellen zu können. Im Übrigen entspricht die Variante nach Fig. 15 der Abwandlungsmöglichkeit nach Fig. 14, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
Fig. 16 zeigt eine weitere Abwandlungsmöglichkeit, wie sie bei den Getrieben G der Kraftfahrzeugantriebsstränge aus den Fig. 1 , 2, 4 und 6 zur Anwendung kommen kann. Im Unterschied zu den Varianten nach den Fig. 1 , 2, 4 und 6 sind das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 und auch das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 permanent drehfest mit der Abtriebswelle GWA ver- bunden, während die zweite Antriebswelle GW2 nur ständig drehfest mit dem Rotor R1 der Elektromaschine EM1 in Verbindung steht. Ferner wird das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 durch Betätigen eines dritten Schaltelements C drehfest mit der zweiten Antriebswelle GW2 verbunden, wohingegen ein Schließen eines vierten Schaltelements D eine drehfeste Verbindung der zweiten Antriebswelle GW2 mit dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 nach sich zieht. Die beiden Schaltelement C und D sind dabei zu einem Schaltelementpaar SP2 zusammengefasst und liegen axial zwischen dem ersten Planeten radsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2. Konkret ist dabei das dritte Schaltelement C axial zwischen dem ersten Planeten radsatz P1 und dem vierten Schaltelement D vorgesehen. Ansonsten entspricht die Abwandlungsmöglichkeit nach Fig. 16 den Ausgestaltungen nach den Fig. 1 , 2, 4 und 6.
Des Weiteren geht aus Fig. 17 eine weitere Abwandlungsmöglichkeit hervor, wobei diese Abwandlungsmöglichkeit weitestgehend der vorhergehenden Variante nach Fig. 16 entspricht. Unterschiedlich ist dabei aber, dass der erste Planetenradsatz P1 und der zweite Planetenradsatz P2 axial nun in anderer Reihenfolge angeordnet sind, indem nun der zweite Planeten radsatz P2 axial zwischen der ersten Antriebswelle GW1 und dem ersten Planetenradsatz P1 vorgesehen ist. Zudem liegen das dritte Schaltelement C und das vierte Schaltelement D axial nun auf einer dem ersten Planetenradsatz P1 abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes P2, wobei das vierte Schaltelement D dabei axial zwischen dem dritten Schaltelement C und dem zweiten Planetenradsatz P2 vorgesehen ist. Außerdem sind das erste Element E1 1 des ersten Planeten radsatzes P1 und das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest miteinander verbunden und gemeinsam am drehfesten Bauelement GG festgesetzt. Ansonsten entspricht die Abwandlungsmöglichkeit nach Fig. 17 der Variante nach Fig. 16, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
Ferner zeigt Fig. 18 eine Abwandlungsmöglichkeit, die im Wesentlichen der Variante aus Fig. 9 nachempfunden ist, prinzipiell aber auch bei jeder anderen Abwandlungsmöglichkeit Anwendung finden kann. Unterschiedlich gegenüber der Variante nach Fig. 9 ist dabei, dass der Rotor R1 der Elektromaschine EM1 in diesem Fall nicht unmittelbar mit der zweiten Antriebswelle GW2 verbunden ist, sondern eine Verbindung über einen zwischenliegenden, dritten Planeten radsatz P3 vollzogen ist. Dieser setzt sich aus einem ersten Element E13 in Form eines Sonnenrades, einem zweiten Element E23 in Form eines Planetensteges und einem dritten Element E33 in Form eines Hohlrades zusammen, wobei der Planetensteg mindestens ein Planetenrad drehbar gelagert führt, welches sowohl mit dem innenliegenden Sonnenrad, als auch dem umliegenden Hohlrad im Zahneingriff steht.
Während das erste Element E13 ständig am drehfesten Bauelement GG festgesetzt ist, ist das zweite Element E23 drehfest mit der zweiten Antriebswelle GW2 und das dritte Element E33 drehfest mit dem Rotor R1 der Elektromaschine EM1 verbunden. Dabei wird mittels des dritten Planetenradsatzes P3 eine Drehbewegung des Rotors R1 ins Langsame auf die zweite Antriebswelle GW2 übersetzt, so dass die Elektromaschine EM 1 mit niedrigerem Drehmoment und schnell laufend ausgeführt werden kann. Eine Übersetzung könnte dabei 1 ,5 betragen.
Schließlich zeigen noch die Abwandlungsmöglichkeiten der Fig. 19 bis 21 Varianten der Kraftfahrzeugantriebsstränge nach Fig. 2, 4 und 6 mit einer weiteren Elektromaschine EM2. Diese sind dabei jeweils für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer Verbrennungskraftmaschine VKM und zwei Elektromaschinen EM1 und EM2 dargestellt, können aber ebenso gut auch bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang nach Fig. 4 mit lediglich zwei Elektromaschinen EM1 und EM2 Anwendung finden.
So ist die weitere Elektromaschine EM2 bei der Abwandlungsmöglichkeit nach Fig. 19 nicht koaxial angeordnet sondern achsversetzt platziert, wobei eine Anbin- dung dabei über einen Zugmitteltrieb ZT realisiert ist, bei welchem es sich insbesondere um einen Kettentrieb handelt. Auch bei den beiden Abwandlungsmöglichkeiten nach Fig. 20 und 21 ist die weitere Elektromaschine EM2 achsversetzt platziert, wobei die Anbindung hierbei aber über zwei Stirnradstufen verwirklicht ist.
Konkret ist bei der Abwandlungsmöglichkeit nach Fig. 20 ein Stirnrad SR5 drehfest auf der ersten Antriebswelle GW1 platziert und kämmt mit einem Stirnrad SR6. Beiden Stirnräder SR5 und SR6 bilden dabei eine Stirnradstufe SRS3 aus, wobei das Stirnrad SR6 zudem Teil einer weiteren Stirnradstufe SRS4 ist, indem es ferner auch mit einem Stirnrad SR7 im Zahneingriff steht. Das Stirnrad SR7 ist dann drehfest auf einer Eingangswelle EW der weiteren Elektromaschine EM2 vorgesehen.
Auch bei der Variante nach Fig. 21 ist die Anbindung der weiteren Elektromaschine EM2 zweistufig vollzogen, wobei aber im Unterschied zu der vorhergehenden Variante das Stirnrad SR6 auf einer Zwischenwelle ZW1 vorgesehen ist, die zudem ein Stirnrad SR8 einer nachfolgenden Stirnradstufe SRS4 trägt. Das Stirnrad SR8 kämmt dann wiederum mit einem Stirnrad SR7 welches dann auf einer Eingangswelle EW der Elektromaschine EM2 platziert ist.
Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen kann jeweils ein Getriebe geschaffen werden, mit welchem bei kompaktem Aufbau unterschiedliche Betriebsmodi dargestellt werden können.
Bezugszeichen
G Getriebe
GG Drehfestes Bauelement
P1 Erster Planetenradsatz
E1 1 Erstes Element des ersten Planetenradsatzes
E21 Zweites Element des ersten Planetenradsatzes
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
P3 Dritter Planetenradsatz
E13 Erstes Element des dritten Planetenradsatzes
E23 Zweites Element des dritten Planeten radsatzes
E33 Drittes Element des dritten Planetenradsatzes
A Erstes Schaltelement
B Zweites Schaltelement
C Drittes Schaltelement
D Viertes Schaltelement
KO Fünftes Schaltelement
SP1 Schaltelementpaar
SP2 Schaltelementpaar
1 Erster Gang
2a Zweiter Gang
2b Zweiter Gang
2 Zweiter Gang
3 Dritter Gang
E1 erster Gang
E3 zweiter Gang
GW1 erste Antriebswelle
GW2 zweite Antriebswelle
GWA Abtriebswelle AN Anschlusswelle
EM1 Elektromaschine
51 Stator
R1 Rotor
EM2 Elektromaschine
52 Stator
R2 Rotor
EW Eingangswelle
SRS1 Stirnradstufe
SRS2 Stirnradstufe
SRS3 Stirnradstufe
SRS4 Stirnradstufe
SR1 Stirnrad
SR2 Stirnrad
SR3 Stirnrad
SR4 Stirnrad
SR5 Stirnrad
SR6 Stirnrad
SR7 Stirnrad
SR8 Stirnrad
ZW Zwischenwelle
ZW1 Zwischenwelle
ZT Zugmitteltrieb
VKM Verbrennungskraftmaschine
TS Torsionsschwingungsdämpfer
AG Differentialgetriebe
i Übersetzung
phi Gangsprung
I bis XVI Zustände

Claims

Patentansprüche
1. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Elektromaschine (EM1 ), eine erste Antriebswelle (GW1 ), eine zweite Antriebswelle (GW2), eine Abtriebswelle (GWA), sowie einen ersten Planetenradsatz (P1 ) und einen zweiten Planetenradsatz (P2), wobei die Planeten radsätze (P1 , P2) jeweils mehrere Elemente (E1 1 , E21 , E31 , E12, E22, E32) umfassen, wobei ein erstes (A), ein zweites (B), ein drittes (C) und ein viertes Schaltelement (D) vorgesehen sind, und wobei ein Rotor (R1 ) der Elektromaschine (EM1 ) mit der zweiten Antriebswelle (GW2) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet,
- dass die erste Antriebswelle (GW1 ) über das erste Schaltelement (A) drehfest mit der Abtriebswelle (GWA) verbindbar ist,
- dass die zweite Antriebswelle (GW2) mittels des zweiten Schaltelements (B) mit der ersten Antriebswelle (GW1 ) drehfest in Verbindung bringbar ist,
- dass bei dem ersten Planetenradsatz (P1 ) eine erste Koppelung des ersten Elements (E1 1 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) mit einem drehfesten Bauelement (GG), eine zweite Koppelung des zweiten Elements (E21 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) mit der Abtriebswelle (GWA), sowie eine dritte Koppelung des dritten Elements (E31 ) des ersten Planeten radsatzes (P1 ) mit der zweiten Antriebswelle (GW2) besteht, wobei von diesen Koppelungen zwei Koppelungen als permanente drehfeste Verbindungen vorliegen, während bei der noch verbleibenden Koppelung eine drehfeste Verbindung mittels des dritten Schaltelements (C) herstellbar ist,
- und dass bei dem zweiten Planetenradsatz (P2) eine erste Koppelung des ersten Elements (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) mit dem drehfesten Bauelement (GG), eine zweite Koppelung des zweiten Elements (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P1 ) mit der zweiten Antriebswelle (GW2), sowie eine dritte Koppelung des dritten Elements (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) mit der Abtriebswelle (GWA) besteht, wobei von diesen Koppelungen zwei Koppelungen als drehfeste Verbindungen vorliegen, während bei der noch verbleibenden Koppelung eine drehfeste Verbindung mittels des vierten Schaltelements (D) herstellbar ist.
2. Getriebe (G) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
- dass das erste Element (E1 1 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) und das erste Element (E12) des zweiten Planeten radsatzes (P2) jeweils festgesetzt sind,
- dass das dritte Element (E31 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) und das zweite Element (E22) des zweiten Planeten radsatzes (P2) jeweils drehfest mit der zweiten Antriebswelle (GW2) verbunden sind,
- und dass die Abtriebswelle (GWA) über das dritte Schaltelement (C) drehfest mit dem zweiten Element (E21 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) verbindbar sowie mittels des vierten Schaltelements (D) drehfest mit dem dritten Element (E32) des zweiten Planeten radsatzes (P2) in Verbindung bringbar ist.
3. Getriebe (G) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
- dass das dritte Element (E31 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) und das zweite Element (E22) des zweiten Planeten radsatzes (P2) jeweils drehfest mit der zweiten Antriebswelle (GW2) in Verbindung stehen,
- dass das zweite Element (E21 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) und das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) jeweils drehfest mit der Abtriebswelle (GWA) verbunden sind,
- und dass das erste Element (E1 1 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) über das dritte Schaltelement (C) sowie das erste Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) mittels des vierten Schaltelements (D) jeweils festsetzbar ist.
4. Getriebe (G) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
- dass das erste Element (E1 1 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) und das erste Element (E12) des zweiten Planeten radsatzes (P2) jeweils festgesetzt sind,
- dass das zweite Element (E21 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) und das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) jeweils drehfest mit der Abtriebswelle (GWA) verbunden sind,
- und dass die zweite Antriebswelle (GW2) über das dritte Schaltelement (C) drehfest mit dem dritten Element (E31 ) des ersten Planeten radsatzes (P1 ) verbindbar sowie mittels des vierten Schaltelements (D) drehfest mit dem zweiten Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) in Verbindung bringbar ist.
5. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich durch selektives Schließen der Schaltelemente (A, B, C, D) genau drei Gänge zwischen der ersten Antriebswelle (GW1 ) und der Abtriebswelle (GWA) ergeben.
6. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich durch selektives Schließen der vier Schaltelemente (A, B, C, D)
- ein erster Gang (1 ) zwischen der ersten Antriebswelle (GW1 ) und der Abtriebswelle (GWA) durch Betätigen des zweiten (B) und des dritten Schaltelements (C),
- ein zweiter Gang zwischen der ersten Antriebswelle (GW1 ) und der Abtriebswelle (GWA) in einer ersten Variante (2a) durch Schließen des ersten (A) und des dritten Schaltelements (C) sowie in einer zweiten Variante (2b) durch Betätigen des ersten (A) und des vierten Schaltelements (D),
- sowie ein dritter Gang (3) zwischen der ersten Antriebswelle (GW1 ) und der Abtriebswelle (GWA) durch Schließen des zweiten (B) und des vierten Schaltelements (D) ergibt.
7. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein erster Gang (E1 ) zwischen der zweiten Antriebswelle (GW2) und der Abtriebswelle (GWA) durch Schließen des dritten Schaltelements (C) sowie ein zweiter Gang (E3) zwischen der zweiten Antriebswelle (GW2) und der Abtriebswelle (GWA) durch Betätigen des vierten Schaltelements (D) ergibt.
8. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Elektromaschine (EM2) vorgesehen ist, deren Rotor (R2) mit der ersten Antriebswelle (GW1 ) in Verbindung steht.
9. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebswelle (GW1 ) über ein fünftes Schaltelement (KO) drehfest mit einer Anschlusswelle (AN) verbindbar ist.
10. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere der Schaltelemente (A, B, C, D; A, B, C, D, KO) jeweils als formschlüssiges Schaltelement realisiert sind.
1 1. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (A) und das zweite Schaltelement (B) zu einem Schaltelementpaar (SP1 ) zusammengefasst sind, welchem ein Betätigungselement zugeordnet ist, wobei über das Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus einerseits das erste Schaltelement (A) und andererseits das zweite Schaltelement (B) betätigbar ist.
12. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Schaltelement (C) und das vierte Schaltelement (D) zu einem Schaltelementpaar (SP2) zusammengefasst sind, welchem ein Betätigungselement zugeordnet ist, wobei über das Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus einerseits das dritte Schaltelement (C) und andererseits das vierte Schaltelement (D) betätigbar ist.
13. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (R1 ) der Elektromaschine (EM1 ) mit der zweiten Antriebswelle (GW2) über einen dritten Planeten radsatz (P3) in Verbindung steht, von dessen Elementen (E13, E23, E33) ein erstes Element (E13) festgesetzt und ein zweites Element (E23) mit der zweiten Antriebswelle (GW2) verbunden ist, während ein drittes Element (E33) des dritten Planeten radsatzes (P3) mit dem Rotor (R1 ) der Elektromaschine (EM1 ) in Verbindung steht.
14. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Planeten radsatz (P1 , P2, P3) als Minus-Planetensatz vorliegt, wobei es sich bei dem jeweiligen ersten Element (E1 1 , E12, E13) des jeweiligen Pla- netenradsatzes (P1 , P2, P3) um ein jeweiliges Sonnenrad, bei dem jeweiligen zweiten Element (E21 , E22, E23) des jeweiligen Planetenradsatzes (P1 , P2, P3) um einen jeweiligen Planetensteg und bei dem jeweiligen dritten Element (E31 , E32, E33) des jeweiligen Planetenradsatzes (P1 , P2, P3) um ein jeweiliges Hohlrad handelt.
15. 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.
16. Kraftfahrzeugantriebsstrang, insbesondere für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug, umfassend ein Getriebe (G) nach einem oder auch mehreren der Ansprüche 1 bis 15.
17. Verfahren zum Betreiben eines Getriebes (G) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Darstellung eines Ladebetriebes oder eines Startbetriebes lediglich das zweite Schaltelement (B) geschlossen wird.
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