DE102013223427A1

DE102013223427A1 - Lastschaltgetriebe für einen Hybridantriebsstrang

Info

Publication number: DE102013223427A1
Application number: DE201310223427
Authority: DE
Inventors: Peter Ziemer; Christian SIBLA; Stefan Beck; Michael Wechs; Raffael Kuberczyk
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-06-19
Filing date: 2013-11-18
Publication date: 2014-12-24
Also published as: WO2014202305A1

Abstract

Ein Getriebe mit einer Getriebeeingangswelle (4) und einer Getriebeausgangswelle (5) und drei Leistungspfaden (L1, L2, L3) zwischen der Getriebeeingangswelle (4) und einem aus zwei Einzelplanetenradsätzen (P3, P4) bestehenden Hauptradsatz (HRS) mit vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichneten Wellen (W1, W2, W3, W4), wobei zumindest eine Elektromaschine (EM1) an die erste Welle (W1) des Hauptradsatzes (HRS) angebunden ist, die erste Welle (W1) über ein erstes Schaltelement (C) festsetzbar ist und über ein zweites Schaltelement (B) mit dem zweiten Leistungspfad (L2) verbindbar ist, wobei die zweite Welle (W2) über ein drittes Schaltelement (D) mit dem zweiten Leistungspfad (L2) und über ein viertes Schaltelement (E) mit dem dritten Leistungspfad (L3) verbindbar ist, wobei die dritte Welle (W3) ständig mit der Getriebeausgangswelle (5) verbunden ist, wobei die vierte Welle (W4) über ein fünftes Schaltelement (A) mit dem dritten Leistungspfad (L3) und über ein sechstes Schaltelement (F) mit dem ersten Leistungspfad (L1) verbindbar ist und die zweite Welle (W2) oder die vierte Welle (W4) über ein siebentes Schaltelement (G) festsetzbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle und zumindest drei Leistungspfaden zwischen der Getriebeeingangswelle und einem aus zwei Einzelplanetenradsätzen bestehenden Hauptradsatz mit vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichneten Wellen, wobei zwischen der Getriebeeingangswelle und dem Hauptradsatz drei Leistungspfade vorgesehen sind, wobei ein erster der Leistungspfade ein erstes festes Übersetzungsverhältnis, ein zweiter der Leistungspfade ein zweites festes Übersetzungsverhältnis und ein dritter der Leistungspfade ein drittes festes Übersetzungsverhältnis aufweist, wobei das dritte Übersetzungsverhältnis kleiner ist als das zweite Übersetzungsverhältnis und das zweite Übersetzungsverhältnis kleiner ist als das erste Übersetzungsverhältnis.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Hybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug umfassend zumindest einen Verbrennungsmotor und zumindest eine Elektromaschine.
Ein Getriebe der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der EP 0 434 525 A1 bekannt geworden. Bei dem bekannten Getriebe, welches fünf Schaltelemente aufweist, deren selektives paarweises Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Getriebeeingangswelle und der Getriebeausgangswelle bewirkt, sind sechs Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisiert.
Aus dem Stand der Technik ist darüber hinaus ein Hybridantriebstrang für ein Fahrzeug mit einem Getriebe mit neun Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang bekannt geworden. Hierbei kommt ein nichtkoaxial aufgebautes Lepelletier-Getriebe, welches um einen zusätzlichen dritten Leistungspfad erweitert wurde zum Einsatz. Die Drehzahl, welche der zusätzliche dritte Leistungspfad liefert, liegt oberhalb der Drehzahlen der beiden anderen Leistungspfade des Lepelletier-Getriebes und ermöglicht drei weitere Overdrive-Gänge. Die Drehzahlen der drei Leistungspfade werden über Stirngetriebe realisiert. Das bekannte Getriebe ist achsparallel aufgebaut und durch eine Elektromaschine lastschaltbar, weist jedoch den Nachteil auf, dass mit einem hohen Bauaufwand mit mehreren Stirntrieben nur neun Vorwärtsgänge realisiert sind. Darüber hinaus ist eine übliche Standard- bzw. Koaxialbauweise bei dem bekannten Getriebe nur mit einem weiteren Stirntrieb umsetzbar.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Getriebe für einen Hybridantriebsstrang zu schaffen, mit welchem mehr als neun Vorwärtsgänge aufweist und einen einfachen Aufbau für eine im Standardantrieb übliche Koaxialbauweise ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit einem Getriebe der eingangs genannte Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest eine Elektromaschine an die erste Welle des Hauptradsatzes angebunden ist, wobei die erste Welle über ein erstes Schaltelement festsetzbar ist und über ein zweites Schaltelement mit dem zweiten Leistungspfad verbindbar ist, wobei die zweite Welle über ein drittes Schaltelement mit dem zweiten Leistungspfad und über ein viertes Schaltelement mit dem dritten Leistungspfad verbindbar ist, wobei die dritte Welle ständig mit der Getriebeausgangswelle verbunden ist, wobei die vierte Welle über ein fünftes Schaltelement mit dem dritten Leistungspfad und über ein sechstes Schaltelement mit dem ersten Leistungspfad verbindbar ist, wobei die zweite Welle oder die vierte Welle über ein siebentes Schaltelement festsetzbar ist.
Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich vor allem durch einen wesentlich reduzierten und vereinfachten Aufbau aus, wodurch sich auch eine Optimierung hinsichtlich des Gesamtgewichts und des erforderlichen Einbauraums erzielen lässt. Je zwei Schaltelemente können mittels eines doppeltwirkenden Aktuators wechselweise betätigbar sein. Hierbei kann ein Schließen eines ersten Schaltelements ein Öffnen eines zweiten Schaltelementes zur Folge haben. Alle in diesem Dokument genannten Schaltelemente können bevorzugt als formschlüssige Schaltelemente, beispielsweise als Klauenschaltelemente, insbesondere Klauenkupplungen oder Klauenbremsen, ausgebildet sein. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Getriebes besteht darin, dass sich ein degressiver Gangsprungverlauf erzielen lässt. Ein degressiver Gangsprungverlauf bedeutet, dass die Gangsprünge mit höher werdenden Gängen kleiner werden. Darüber hinaus benötigen die verwendeten Schaltelemente keine Synchronisiereinrichtung, da eine Synchronisierung der Schaltelemente über die Elektromaschine und einen Verbrennungsmotor in einem lastlosen Zustand erfolgen kann. Darüber hinaus kann die Elektromaschine als Drehzahlgeber (Resolver) dienen. Hierbei können undefinierte Drehzahlzustände an den Planetenradsätzen innerhalb und außerhalb der Schaltung der Gänge durch stets definierte Drehzahlen an der Elektromaschine am Antrieb und am Abtrieb vermieden werden. Darüber hinaus kann auch eine Lastschaltung beim verbrennungsmotorischen Fahren über die Elektromaschine erfolgen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein Starten, Anfahren, Reversieren, Boosten, sowie Rekuperieren über die Elektromaschine erfolgen kann.
Die verwendeten Planetengetriebe sind vorzugsweise als Minus-Planetenradsätze ausgebildet. Ein einfacher Minus-Planetenradsatz umfasst ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, an dem Planetenräder drehbar gelagert sind, die jeweils mit Sonnenrad und Hohlrad kämmen. Hierdurch weist das Hohlrad bei festgehaltenem Steg eine zum Sonnenrad entgegengesetzte Drehrichtung auf. Demgegenüber umfasst ein einfacher Plus-Planetenradsatz ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, an dem innere und äußere Planetenräder drehbar gelagert sind, wobei alle inneren Planetenräder mit dem Sonnenrad und alle äußeren Planetenräder mit dem Hohlrad kämmen, wobei jedes innere Planetenrad mit jeweils einem äußeren Planetenrad kämmt. Hierdurch weist das Hohlrad bei festgehaltenem Steg die gleiche Drehrichtung auf wie das Sonnenrad. Gemäß der Erfindung kann ein Minus-Planetenradsatz jedoch auch durch einen Plus-Planetenradsatz ersetzt werden, wenn gleichzeitig die Steg- und Hohlradanbindung getauscht und der Betrag der Standübersetzung des Planetenradsatzes im Vergleich zu der Ausführung als Minus-Planetenradsatz um 1 erhöht wird.
Eine Ausführungsform der Erfindung, welche mit einer geringen Zahl an erforderlichen Schaltelementen auskommt und Doppelschaltungen bei sequentieller Schaltweise vermeidet, sieht vor, dass durch selektives paarweises Eingreifen der sieben Schaltelemente vierzehn Vorwärtsgänge realisierbar sind, wobei zwölf der vierzehn Vorwärtsgänge lastschaltbar und gruppenschaltungsfrei schaltbar sind, wobei sich der erste Vorwärtsgang durch Schließen des sechsten Schaltelements und des ersten Schaltelements, der zweite Vorwärtsgang durch Schließen des sechsten Schaltelements und des zweiten Schaltelements, der dritte Vorwärtsgang durch Schließen des sechsten Schaltelements und des dritten Schaltelements, der vierte Vorwärtsgang durch Schließen des dritten Schaltelements und des zweiten Schaltelements, der fünfte Vorwärtsgang durch Schließen des dritten Schaltelements und des ersten Schaltelements, der sechste Vorwärtsgang durch Schließen des dritten Schaltelements und des fünften Schaltelements, der siebente Vorwärtsgang durch Schließen des ersten Schaltelements und des fünften Schaltelements, der achte Vorwärtsgang durch Schließen des zweiten Schaltelements und des fünften Schaltelements, der neunte Vorwärtsgang durch Schließen des vierten Schaltelements und des fünften Schaltelements, der zehnte Vorwärtsgang durch Schließen des zweiten Schaltelements und des vierten Schaltelements, der elfte Vorwärtsgang durch Schließen des ersten Schaltelements und des vierten Schaltelements und sich ein weiterer Gang durch Schließen des sechsten Schaltelements und des vierten Schaltelements ergibt, und für den Fall, dass über das siebente Schaltelement die zweite Welle festsetzbar ist, ein Kriechgang durch Schließen des siebenten und des sechsten Schaltelements erzeugt wird und ein Rückwärtsgang durch Schließen des zweiten und siebenten Schaltelements erzeugt wird, und ein weiterer Gang durch Schließen des siebenten und des fünften Schaltelements erzeugt wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die zweite Welle über das siebente Schaltelement festsetzbar ist und durch Schließen des siebenten Schaltelements und des sechsten Schaltelements ein Kriechgang erzeugt wird, und durch Schließen des siebenten und des zweiten Schaltelements ein Rückwärtsgang erzeugt wird, und ein weiterer Gang durch Schließen des siebenten und des fünften Schaltelements erzeugt wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung ist es vorgesehen, dass der dritte Leistungspfad durch die Getriebeeingangswelle gebildet ist, wobei der zweite Leistungspfad einen ersten als Underdrive-Planentenradsatz ausgebildeten Planetenradsatz zum Abgeben einer Drehzahl kleiner als die Drehzahl der Getriebeeingangswelle umfasst, wobei der erste Leistungspfad einen zweiten als Underdrive-Planetenradsatz ausgebildeten Planetenradsatz zum Abgeben einer Drehzahl kleiner als die Drehzahl des zweiten Leistungspfades aufweist, dessen Eingang an ein drehzahlreduziertes Element des Underdrive-Planentenradsatzes des zweiten Leistungspfades angeschlossen ist.
Eine weitere günstige Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass der Steg des ersten Einzelplanetenradsatzes des Hauptradsatzes mit einem Hohlrad des zweiten Einzelplanetenradsatzes des Hauptradsatzes verbunden ist, wobei das Hohlrad des ersten Einzelplanetenradsatzes mit dem Sonnenrad des zweiten Einzelplanetenradsatzes verbunden ist, wobei der Steg des zweiten Einzelplanetenradsatzes fest mit der Getriebeausgangswelle verbunden ist.
Die oben genannte Aufgabe lässt sich auch mit einem Hybridantriebsstrang der eingangs genannte Art erfindungsgemäß dadurch lösen, dass er ein Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann zumindest eine zweite mit dem Verbrennungsmotor über zumindest ein achtes Schaltelement lösbar verbindbare Elektromaschine, vorzugsweise in Form eines Anlassers oder Starter-Generators, vorgesehen sein, die mit dem Getriebeeingang verbunden ist. Bei dieser Variante der Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass durch Öffnen des siebenten Schaltelements ein rein elektrischer, lastschaltbarer Fahrbetrieb in allen Gängen ermöglicht ist. Weitere mit dieser Ausführungsform verbundene Vorteile bestehen darin, dass sich ein batteriegrößenunabhängiges System ergibt, da ein verbrennungsmotorisch – elektrisches Fahren möglich wird. Auch ist ein generatorischer Betrieb zum Abbremsen des Verbrennungsmotors, insbesondere während der Hochschaltung von dem ersten in den zweiten oder vom zweiten in den dritten Gang, möglich.
Eine weitere vorteilhafte Variante der Erfindung, welche ein rein elektrisches (nicht lastschaltbares) Fahren ohne Betätigung des als Bremse ausgebildeten ersten Schaltelements ermöglicht, sieht vor, dass die zweite Elektromaschine über ein neuntes Schaltelement mit dem Getriebeeingang lösbar verbindbar ist.
Ein besonders einfacher und platzsparender Aufbau ergibt sich dadurch, dass das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement und/oder das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement und/oder das fünfte Schaltelement und das sechste Schaltelement und/oder das achte Schaltelement und das neunte Schaltelement jeweils durch einen doppeltwirkenden Aktuator betätigbar sind.
Die Erfindung samt weiteren Vorteilen wird im Folgenden anhand einiger nicht einschränkender Ausführungsbeispiele näher erläutert, welche in den Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen schematisch:
1 ein Drehzahldiagramm eines erfindungsgemäßen Getriebes;
2 ein Schaltschema für das in 3 und 4 dargestellte Getriebe;
3 ein Getriebeschema einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hybridantriebsstrangs mit einem erfindungsgemäßen Getriebe und
4 ein Getriebeschema einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hybridantriebsstrangs mit einem erfindungsgemäßen Getriebe.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Die Beschreibung der Figuren erfolgt figurenübergreifend.
Gemäß 1 weist ein erfindungsgemäßes Getriebe zwischen einer in 3 mit dem Bezugszeichen 4 gekennzeichnete Getriebeeingangswelle und einem aus zwei Einzelplanetenradsätzen P3, P4 bestehenden Hauptradsatz HRS drei Leistungspfade L1, L2 und L3 auf. Die drei Leistungspfade L1, L2 und L3 stellen drei unterschiedliche Übertragungswege für die von der Getriebeeingangswelle 4 abgegebenen Drehzahlen dar. Der erste Leistungspfad L1 weist ein erstes festes Übersetzungsverhältnis i1, der zweite Leistungspfade L2 ein zweites festes Übersetzungsverhältnis i2 und der dritte der Leistungspfad L3 ein drittes festes Übersetzungsverhältnis i3 auf. Das dritte Übersetzungsverhältnis i3 ist kleiner als das zweite Übersetzungsverhältnis i2 und das zweite Übersetzungsverhältnis kleiner ist als das erste Übersetzungsverhältnis i1.
Der Hauptradsatz HSR weist vier in Drehzahlordnung, d.h. nach ihrer Reihenfolge in einem Drehzahlplan, als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichnete drehbare Wellen W1, W2, W3, W4 auf. Die erste Welle W1 ist über ein erstes Schaltelement C festsetzbar und über ein zweites Schaltelement B mit dem zweiten Leistungspfad L2 verbindbar. Die zweite Welle W2 kann über ein drittes Schaltelement D mit dem zweiten Leistungspfad L2 und über ein viertes Schaltelement E mit dem dritten Leistungspfad L3 verbunden und über ein siebentes Schaltelement G festgesetzt werden. Die dritte Welle W3 ist ständig mit der Getriebeausgangswelle 5 verbunden. An dieser Stelle sei erwähnt, dass in dem vorliegenden Text die Begriffe „ständig“ und „fest“ bzw. „drehfest“ synonym gebraucht werden. Die vierte Welle W4, kann über ein fünftes Schaltelement A mit dem dritten Leistungspfad L3 und über ein sechstes Schaltelement F mit dem ersten Leistungspfad L1 verbunden werden.
Durch selektives paarweises Eingreifen der sieben Schaltelemente A, B, C, D, E, F, G des Getriebes sind vierzehn Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang, nachfolgend auch als R-Gang bezeichnet, realisiert wobei zwölf der vierzehn Vorwärtsgänge lastschaltbar und gruppenschaltungsfrei schaltbar sind. Unter dem Begriff „gruppenschaltungsfrei schaltbar“ wird in dem vorliegenden Zusammenhang verstanden, dass bei einem Schalten in einen nächsthöheren oder nächstniederen Gang nur ein Schaltelement geöffnet und ein anderes Schaltelement geschlossen wird.
Aus dem in 1 dargestellten Drehzahldiagramm bzw. Drehzahlplan sind die Beziehungen zwischen den durch selektives Eingreifen von Schaltelementen A, B, C, D, E, F, G erzielten Gängen und dem Übersetzungsverhältnis jeder Welle W1, W2, W3, W4 ersichtlich. Auf den einzelnen Wellen W1, W2, W3, W4 sind in vertikaler Richtung die Drehzahlverhältnisse aufgetragen. Der horizontale Abstand zwischen den Wellen ergibt sich durch die Übersetzungen, sodass sich zu einem bestimmten Betriebspunkt gehörende Drehzahlverhältnisse durch eine Gerade verbinden lassen. Bei einer bestimmten Antriebsdrehzahl kennzeichnen die dreizehn Betriebslinien des Hauptradsatzes HRS die Drehzahlverhältnisse in zwölf Vorwärtsgängen und einem R-Gang.
2 ist ein beispielhaftes Schaltschema für das in 1 dargestellte Mehrganggetriebe zu entnehmen. In 2 ist der Verbrennungsmotor mit dem Bezugszeichen VM versehen. Für jeden Gang werden zwei Schaltelemente geschlossen. Dem Schaltschema können die jeweiligen Übersetzungen der einzelnen Gangstufen und die daraus zu bestimmenden Gangsprünge zum nächst höheren Gang beispielhaft entnommen werden, wobei das Getriebe eine Spreizung von 10,0 aufweist. Aus 2 wird ersichtlich, dass bei sequentieller Schaltweise Doppelschaltungen bzw. Gruppenschaltungen vermieden werden können, da zwei benachbarte Gangstufen ein Schaltelement gemeinsam benutzen. Beispielhafte Werte für die Standübersetzungen der in dem vorliegenden Fall als Minus-Planetenradsätze ausgeführten Planetengetriebe für P1, P2, P3 und P4 sind –1,5 für P1, –1,57 für P2, –1,8 für P3 und –1,5 für P4.
Ein erster Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des sechsten Schaltelements F und des ersten Schaltelements C, der zweite Vorwärtsgang durch Schließen des sechsten Schaltelements F und des zweiten Schaltelements B, der dritte Vorwärtsgang durch Schließen des sechsten Schaltelements F und des dritten Schaltelements D, der vierte Vorwärtsgang durch Schließen des dritten Schaltelements D und des zweiten Schaltelements B, der fünfte Vorwärtsgang durch Schließen des dritten Schaltelements D und des ersten Schaltelements C, der sechste Vorwärtsgang durch Schließen des dritten Schaltelements D und des fünften Schaltelements A, der siebente Vorwärtsgang durch Schließen des ersten Schaltelements C und des fünften Schaltelements A, der achte Vorwärtsgang durch Schließen des zweiten Schaltelements B und des fünften Schaltelements A, der neunte Vorwärtsgang durch Schließen des vierten Schaltelements E und des fünften Schaltelements A, der zehnte Vorwärtsgang durch Schließen des zweiten Schaltelements B und des vierten Schaltelements E, der elfte Vorwärtsgang durch Schließen des ersten Schaltelements C und des vierten Schaltelements E. Ein weiterer Gang ergibt sich durch Schließen des sechsten Schaltelements F und des vierten Schaltelements E.
Ein Kriechgang ergibt sich durch Schließen des sechsten Schaltelements F und des siebenten Schaltelements G. Ein R-Gang ergibt sich durch Schließen des zweiten Schaltelements B und des siebenten Schaltelements G.
Gemäß 3 weist ein erfindungsgemäßer Hybridantriebstrang für ein Kraftfahrzeug einen Verbrennungsmotor 1 und mindestens eine Elektromaschine EM1 auf. Darüber hinaus können eine Steuerung 2 für die Elektromaschine EM1 und ein elektrischer Energiespeicher 3 vorgesehen sein. Weiters weist der Hybridantriebsstrang ein erfindungsgemäßes Getriebe mit einer Getriebeeingangswelle 4 und einer Getriebeausgangswelle 5 auf. Zur Schwingungsdämpfung zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und dem Getriebe kann ein Torsionsschwingungsdämpfer 6 vorgesehen sein. Darüber hinaus kann ein zweiter Elektromotor EM2 beispielsweise in Form eines Anlassers oder Startergenerators vorgesehen sein. Auf der Antriebs- oder auf der Abtriebsseite können auch ein Achsdifferential und/oder Verteilerdifferential angeordnet werden.
Die Elektromaschine EM1 kann ständig an die erste Welle W1 des Hauptradsatzes HRS angebunden sein. Alternativ zu einer ständigen Anbindung kann die Elektromaschine EM1 jedoch auch zu- und wegschaltbar, direkt oder über ein Getriebe, insbesondere ein Riemen-, Ketten-, Stirnrad- oder Planetengetriebe an die erste Welle W1 angebunden sein.
Die Getriebeausgangswelle 5 ist bevorzugt koaxial zu der Getriebeeingangswelle 4 angeordnet. Dem Hauptschaltradsatz HRS ist ein aus zwei Planetengetrieben P1, P2 gebildeter Vorschaltradsatz VRS mit vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichneten Wellen W1VS, W2VS, W3VS, W4VS vorgeschaltet.
Der dritte Leistungspfad L3 ist durch die Getriebeeingangswelle 4 gebildet, wobei der zweite Leistungspfad L2 einen ersten als Underdrive-Planentenradsatz ausgebildeten Planetenradsatz P1 zum Abgeben einer Drehzahl kleiner als die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 4 umfasst. Der erste Leistungspfad L1 weist einen zweiten als Underdrive-Planetenradsatz ausgebildeten Planetenradsatz P2 zum Abgeben einer Drehzahl kleiner als die Drehzahl des zweiten Leistungspfades L2 auf, dessen Eingang, hier ein Sonnenrad SO2, an ein drehzahlreduziertes Element, hier der Steg ST1, des Underdrive-Planentenradsatzes P1 des zweiten Leistungspfades L2 angeschlossen ist.
Wie aus 3 und 4 zu entnehmen ist, kann das Sonnenrad SO1 des Planetenradsatzes P1 mit der Getriebeeingangswelle 4 verbunden sein, wobei der Steg ST1 mit dem Sonnenrad SO2 des Planetenradsatzes P2 gekoppelt und ein Hohlrad HO1 festgesetzt ist. Der Steg ST2 des Planetenradsatzes P2 kann über das sechste Schaltelement F mit der vierten Welle W4 des Hauptradsatzes HRS verbunden werden. Während ein Hohlrad HO2 festgesetzt ist. Der Underdrive-Planetenradsatz P2 des ersten Leistungspfades L1 enthält zumindest einen langen Planeten und einen mit diesem kämmende geteilte Sonne SO2 zur Durchführung der Drehzahl des Steges ST2 für das sechste Schaltelement F.
Ein Steg ST3 des ersten Einzelplanetenradsatzes P3 des Hauptradsatzes HRS kann mit einem Hohlrad HO4 des zweiten Einzelplanetenradsatzes P4 des Hauptradsatzes HRS verbunden sein (Welle W2). Das Hohlrad HO3 des ersten Einzelplanetenradsatzes P3 ist in diesem Fall mit dem Sonnenrad SO4 des zweiten Einzelplanetenradsatzes P4 verbunden (Welle W4), wobei der Steg ST4 (Welle W3) des zweiten Einzelplanetenradsatzes P4 fest mit der Getriebeausgangswelle 5 verbunden ist. Das Sonnenrad SO3 (Welle W1) des ersten Einzelplanetenradsatzes P3 ist über das zweite Schaltelement B mit dem zweiten Leistungspfad L2 verbindbar und über das erste Schaltelement C festsetzbar.
Der Einzelplanetenradsatz P4 dessen Sonnenrad SO4 mit dem Hohlrad HO3 des Einzelplanetenradsatzes P3 verbunden ist, kann zumindest einen langen Planeten und ein mit diesem kämmendes geteiltes Hohlrad HO4 zur Durchführung der Drehzahl des Steges ST4 für den Abtrieb für den Fall der Standardgetriebebauwiese enthalten.
Wie aus 4 weiter zu entnehmen ist, kann die zweite Elektromaschine EM2, vorzugsweise in Form eines Anlassers oder Starter-Generators, mit dem Verbrennungsmotor 1 über ein achtes Schaltelement K0 verbunden werden. Alternativ hierzu kann die zweite Elektromaschine EM2 ständig mit dem Verbrennungsmotor 1 verbunden sein. Über ein neuntes Schaltelement K1 kann die zweite Elektromaschine EM2 von dem Getriebeeingang getrennt bzw. verbunden werden. Bei geöffnetem Schaltelement K0 ist ein rein elektrischer lastschaltbarer Betrieb in allen Gängen möglich. In diesem Fall ist das Schaltelement K1 geschlossen oder nicht vorgesehen, sodass die Elektromaschine EM2 mit der Getriebeeingangswelle 4 verbunden ist.
Ist das Schaltelement K1 vorgesehen, so kann durch Öffnen des Schaltelementes ein rein elektrischer (nicht lastschaltbarer) Fahrbetrieb realisiert sein. Jedes der Schaltelemente K0 oder K1 für sich alleine also ohne Realisierung des jeweils anderen Schaltelementes K0 oder K1 vorgesehen sein. Auch ist es möglich, so wie in 4 dargestellt, beide Schaltelemente K0 und K1 einzubauen.
An dieser Stelle sei auch darauf hingewiesen, dass bei allen beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung die Schaltelemente A, B, D, E, F, G sowie die Schaltelemente K0, K1 bevorzugt als Klauenkupplungen ausgeführt sind, während die Schaltelemente C und G als Bremsen ausgebildet sind. Auch können bei allen Ausführungsformen der Erfindung das erste Schaltelement C und das zweite Schaltelement B und/oder das dritte Schaltelement D und das vierte Schaltelement E und/oder das fünfte Schaltelement A und das sechste Schaltelement F und/oder das achte Schaltelement K0 und das neunte Schaltelement K1 jeweils durch einen doppeltwirkenden Aktuator betätigbar sein. Somit kann jeweils ein Paar von Schaltelementen durch einen einzigen Aktuator betätigt werden. Wodurch sich der Aufbau vereinfacht sowie der erforderliche Bauraum und die Herstellungskosten verringert werden können.
Wie dem in 2 dargestellten Schaltschema zu entnehmen ist, erfolgt die Lastschaltung beim verbrennungsmotorischen Fahren über die Elektromaschine EM1.
Ein Hinzuschalten des Verbrennungsmotors 1 ist auch während des rein elektrischen Fahrbetriebs – mit geschlossenem Schaltelement G – ohne Zugkraftunterbrechung möglich. Der Verbrennungsmotor 1 kann, nach vorheriger Synchronisation in den Kriechgang sowie in den Gang, der sich durch Schließen des siebenten Schaltelements G und des fünften Schaltelements A ergibt, zugkraftunterbrechungsfrei hinzugeschaltet werden.
Zum Starten des Verbrennungsmotors 1 während des rein elektrischen Fahrbetriebs kann das Schaltelement G ausgelegt und vorzugsweise, um die Übersetzung des Vorschaltradsatzes VSR auszunutzen, das Schaltelement B nach vorheriger Synchronisation geschlossen werden. Hierauf kann über die Elektromaschine der Verbrennungsmotor 1 gestartet werden. Anschließend kann nach vorheriger Synchronisation das Schaltelement F geschlossen werden und im zweiten Gang (B und F geschlossen) verbrennungsmotorisch weiter gefahren werden. Selbstverständlich kann auch in allen anderen Gängen, darunter auch in den nicht in der Schaltlogik aufgeführten Gängen (E und F, bzw. G und A geschlossen) nach entsprechender Synchronisation mit dem Verbrennungsmotor verbrennungsmotorisch weitergefahren werden.
Ein rein elektrisches Fahren in einem Gang ist ebenfalls möglich (Vorwärts-/Rückwärtsanfahren). Hier ist die Übersetzung des rein elektrischen Ganges 11,25. Je nach Gesamtübersetzung und Drehzahlgrenze der elektrischen Maschine können Geschwindigkeiten über 30 km/h erreicht werden.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungsmotor
2: Steuerung
3: elektrischer Energiespeicher
4: Getriebeeingangswelle
5: Getriebeausgangswelle
6: Torsionselement
VM: Verbrennungsmotor
EM1: erste Elektromaschine
EM2: zweite Elektromaschine
P1: erstes Planetengetriebe
P2: zweites Planetengetriebe
P3: drittes Planetengetriebe
P4: viertes Planetengetriebe
HRS: Hauptradsatz
W1: erste Welle Hauptradsatz
W2: zweite Welle Hauptradsatz
W3: dritte Welle Hauptradsatz
W4: vierte Welle Hauptradsatz
VRS: Vorschaltradsatz
W1VS: erste Welle Vorschaltradsatz
W2VS: zweite Welle Vorschaltradsatz
W3VS: dritte Welle Vorschaltradsatz
W4VS: vierte Welle Vorschaltradsatz
C: erstes Schaltelement
B: zweites Schaltelement
D: drittes Schaltelement
E: viertes Schaltelement
A: fünftes Schaltelement
F: sechstes Schaltelement
G: siebentes Schaltelement
K0: achtes Schaltelement
K1: neuntes Schaltelement
SO1: Sonnenrad des ersten Planetengetriebes
ST1: Steg des ersten Planetengetriebes
HO1: Hohlrad des ersten Planetengetriebes
SO2: Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes
ST2: Steg des zweiten Planetengetriebes
HO2: Hohlrad des zweiten Planetengetriebes
SO3: Sonnenrad des dritten Planetengetriebes
ST3: Steg des dritten Planetengetriebes
HO3: Hohlrad des dritten Planetengetriebes
SO4: Sonnenrad des vierten Planetengetriebes
ST4: Steg des vierten Planetengetriebes
HO4: Hohlrad des vierten Planetengetriebes
L1: erster Leistungspfad
L2: zweiter Leistungspfad
L3: dritter Leistungspfad
i1: erstes Übersetzungsverhältnis
i2: zweites Übersetzungsverhältnis
i3: drittes Übersetzungsverhältnis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0434525 A1 [0003]

Claims

Getriebe mit einer Getriebeeingangswelle (4) und einer Getriebeausgangswelle (5) und zumindest drei Leistungspfaden (L1, L2, L3) zwischen der Getriebeeingangswelle (4) und einem aus zwei Einzelplanetenradsätzen (P3, P4) bestehenden Hauptradsatz (HRS) mit vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichneten Wellen (W1, W2, W3, W4), wobei zwischen einem Getriebeeingang und dem Hauptradsatz (HRS) drei Leistungspfade (L1, L2, L3) vorgesehen sind, wobei ein erster der Leistungspfade (L1) ein erstes festes Übersetzungsverhältnis (i1), ein zweiter der Leistungspfade (L2) ein zweites festes Übersetzungsverhältnis (i2) und ein dritter der Leistungspfade (L3) ein drittes festes Übersetzungsverhältnis aufweist, wobei das dritte Übersetzungsverhältnis (i3) kleiner ist als das zweite Übersetzungsverhältnis (i2) und das zweite Übersetzungsverhältnis kleiner ist als das erste Übersetzungsverhältnis (i1), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Elektromaschine (EM1) an die erste Welle des Hauptradsatzes (HRS) angebunden ist, wobei die erste Welle (W1) über ein erstes Schaltelement (C) festsetzbar ist und über ein zweites Schaltelement (B) mit dem zweiten Leistungspfad (L2) verbindbar ist, wobei die zweite Welle (W2) über ein drittes Schaltelement (D) mit dem zweiten Leistungspfad (L2) und über ein viertes Schaltelement (E) mit dem dritten Leistungspfad (L3) verbindbar ist, wobei die dritte Welle (W3) ständig mit der Getriebeausgangswelle (5) verbunden ist, wobei die vierte Welle (W4) über ein fünftes Schaltelement (A) mit dem dritten Leistungspfad (L3) und über ein sechstes Schaltelement (F) mit dem ersten Leistungspfad (L1) verbindbar ist, wobei die zweite Welle (W2) oder die vierte Welle (W4) über ein siebentes Schaltelement (G) festsetzbar ist.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (EM1) ständig oder zu- und wegschaltbar, direkt oder über ein Getriebe an die erste Welle (W1) des Hauptradsatzes (HRS) angebunden ist.
Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch selektives paarweises Eingreifen der sieben Schaltelemente (A, B, C, D, E, F, G) vierzehn Vorwärtsgänge realisierbar sind, wobei zwölf der vierzehn Vorwärtsgänge lastschaltbar und gruppenschaltungsfrei schaltbar sind, wobei sich der erste Vorwärtsgang durch Schließen des sechsten Schaltelements (F) und des ersten Schaltelements (C), der zweite Vorwärtsgang durch Schließen des sechsten Schaltelements (F) und des zweiten Schaltelements (B), der dritte Vorwärtsgang durch Schließen des sechsten Schaltelements (F) und des dritten Schaltelements (D), der vierte Vorwärtsgang durch Schließen des dritten Schaltelements (D) und des zweiten Schaltelements (B), der fünfte Vorwärtsgang durch Schließen des dritten Schaltelements (D) und des ersten Schaltelements (C), der sechste Vorwärtsgang durch Schließen des dritten Schaltelements (D) und des fünften Schaltelements (A), der siebente Vorwärtsgang durch Schließen des ersten Schaltelements (C) und des fünften Schaltelements (A), der achte Vorwärtsgang durch Schließen des zweiten Schaltelements (B) und des fünften Schaltelements (A), der neunte Vorwärtsgang durch Schließen des vierten Schaltelements (E) und des fünften Schaltelements (A), der zehnte Vorwärtsgang durch Schließen des zweiten Schaltelements (B) und des vierten Schaltelements (E), der elfte Vorwärtsgang durch Schließen des ersten Schaltelements (C) und des vierten Schaltelements (E) und sich ein weiterer Gang durch Schließen des sechsten Schaltelements (F) und des vierten Schaltelements (E) ergibt.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Welle (W2) über das siebente Schaltelement (G) festsetzbar ist und durch Schließen des siebenten Schaltelements (G) und des sechsten Schaltelements (F) ein Kriechgang erzeugt wird, und durch Schließen des siebenten (G) und des zweiten Schaltelements (B) ein Rückwärtsgang erzeugt wird, und ein weiterer Gang durch Schließen des siebenten (G) und des fünften Schaltelements (E) erzeugt wird.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Leistungspfad (L3) durch die Getriebeeingangswelle (4) gebildet ist, wobei der zweite Leistungspfad einen ersten als Underdrive-Planentenradsatz ausgebildeten Planetenradsatz (P1) zum Abgeben einer Drehzahl kleiner als die Drehzahl der Getriebeeingangswelle (4) umfasst, wobei der erste Leistungspfad (L1) einen zweiten als Underdrive-Planetenradsatz ausgebildeten Planetenradsatz (P2) zum Abgeben einer Drehzahl kleiner als die Drehzahl des zweiten Leistungspfades (L2) aufweist, dessen Eingang (SO2) an ein drehzahlreduziertes Element (ST1) des Underdrive-Planentenradsatzes (P1) des zweiten Leistungspfades (L2) angeschlossen ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (ST3) des ersten Einzelplanetenradsatzes (P3) des Hauptradsatzes (HRS) mit einem Hohlrad (HO4) des zweiten Einzelplanetenradsatzes (P4) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist, wobei das Hohlrad (HO3) des ersten Einzelplanetenradsatzes (P3) mit dem Sonnenrad (SO4) des zweiten Einzelplanetenradsatzes (P4) verbunden ist, wobei der Steg (ST4) des zweiten Einzelplanetenradsatzes (P4) fest mit der Getriebeausgangswelle (5) verbunden ist.
Hybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug umfassend zumindest einen Verbrennungsmotor (1) und zumindest eine Elektromaschine (EM1), dadurch gekennzeichnet, dass er ein Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine zweite mit dem Verbrennungsmotor über zumindest ein achtes Schaltelement (K0) lösbar verbindbare Elektromaschine (EM2), vorzugsweise in Form eines Anlassers oder Starter-Generators, vorgesehen ist, die mit dem Getriebeeingang verbunden ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektromaschine (EM2) über ein neuntes Schaltelement (K1) mit dem Getriebeeingang lösbar verbindbar ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (C) und das zweite Schaltelement (B) und/oder das dritte Schaltelement (D) und das vierte Schaltelement (E) und/oder das fünfte Schaltelement (A) und das sechste Schaltelement (F) und/oder das achte Schaltelement (K0) und das neunte Schaltelement (K1) jeweils durch einen doppeltwirkenden Aktuator betätigbar sind.