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Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, sowie einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einem solchen Getriebe. Vorliegend bezeichnet ein Getriebe ein mehrgängiges Getriebe, d. h. es sind mehrere unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse als Gänge zwischen einer An- und einer Abtriebsseite des Getriebes durch Betätigung entsprechender Schaltelemente schaltbar, wobei dies vorzugsweise automatisch vollzogen wird. Je nach Anordnung der Schaltelemente handelt es sich bei diesen um Kupplungen oder auch um Bremsen. Derartige Getriebe kommen überwiegend in Kraftfahrzeugen zur Anwendung, um ein Zugkraftangebot einer Antriebsmaschine des jeweiligen Kraftfahrzeuges in Hinblick auf verschiedene Kriterien geeignet umzusetzen.
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Aus der
DE 10 2013 002 586 A1 geht ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug hervor, bei welchem zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle zwei Planetenradsätze vorgesehen sind, welche sich jeweils aus je einem Sonnenrad, je einem Hohlrad und je einem Planetensteg zusammensetzen. Ferner sind mehrere Schaltelemente vorgesehen, durch deren selektive Betätigung die Planetenradsätze untereinander koppelbar sind, um unterschiedliche Gänge zwischen der An- und der Abtriebswelle zu definieren. Insgesamt können dabei vier Vorwärtsgänge zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle geschaltet werden.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Ausgestaltung zu dem im Stand der Technik bekannten Getriebe mit vier Vorwärtsgängen zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Ein Kraftfahrzeugantriebsstrang, bei welchem ein erfindungsgemäßes Getriebe zur Anwendung kommt, ist ferner Gegenstand von Anspruch 14.
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Gemäß der Erfindung umfasst ein Getriebe eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle, sowie einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz. Die Planetenradsätze umfassen jeweils mehrere Elemente in Form je eines Sonnenrades, je eines Hohlrades und je eines Planetensteges, wobei die Planetenradsätze dem Führen eines Kraftflusses von der Antriebswelle zu der Abtriebswelle dienen. Dazu sind ein erstes, ein zweites, ein drittes, ein viertes und ein fünftes Schaltelement vorgesehen, durch deren selektive Betätigung die Planetenradsätze unter Schaltung unterschiedlicher Gänge zwischen An- und Abtriebswelle untereinander koppelbar sind.
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Dabei kann die Antriebswelle zum einen über das erste Schaltelement mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes und zum anderen mittels des zweiten Schaltelements mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden werden, wobei das erste Element des ersten Planetenradsatzes zudem über das dritte Element an einem drehfesten Bauelement des Getriebes festsetzbar ist. Mit diesem drehfesten Bauelement kann das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes mittels des vierten Schaltelements drehfest gekoppelt werden. Des Weiteren sind das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes gemeinsam drehfest mit der Abtriebswelle verbunden. Schließlich ist das dritte Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden und kann gemeinsam mit diesem über das fünfte Schaltelement am drehfesten Bauelement festgesetzt werden.
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Mit anderen Worten stehen also das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes permanent drehfest miteinander in Verbindung und sind gemeinsam mit der Abtriebswelle verbunden. Zudem sind das dritte Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbunden.
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Durch Schließen des ersten Schalelements wird die Antriebswelle des Getriebes drehfest mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden, wohingegen eine Betätigung des zweiten Schaltelements eine drehfeste Verbindung der Antriebswelle mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes nach sich zieht.
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Des Weiteren führt ein Schließen des dritten Schaltelements zu einem Festsetzen des ersten Elements des ersten Planetenradsatzes am drehfesten Bauelement, womit das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes bei Betätigung des vierten Schaltelements gekoppelt wird. Schließlich werden das dritte Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des zweiten Planetenradsatzes durch Schließen des fünften Schaltelements gemeinsam am drehfesten Bauelement festgesetzt.
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Folglich sind das erste und das zweite Schaltelement als Kupplungen gestaltet, welche bei Betätigung rotierbare Komponenten des Getriebes in ihren Drehbewegungen einander angleichen, während das dritte, das vierte und auch das fünfte Schaltelement als Bremsen vorliegen, die bei Ansteuerung die jeweilige rotierbare Komponente des Getriebes auf Stillstand abbremsen und am drehfesten Bauelement festsetzen.
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Ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Getriebe zeichnet sich durch eine kompakte Bauweise, geringe Bauteilbelastungen und einen guten Verzahnungswirkungsgrad aus.
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Bei dem erfindungsgemäßen Getriebe können vier Vorwärtsgänge, sowie ein Rückwärtsgang realisiert werden. Dabei wird ein erster Vorwärtsgang durch Betätigen des ersten und des fünften Schaltelements geschaltet, während ein zweiter Vorwärtsgang durch Schließen des zweiten und des fünften Schaltelements gebildet wird. Des Weiteren ergibt sich ein dritter Vorwärtsgang durch Betätigen des ersten und des zweiten Schaltelements, während ein vierter Vorwärtsgang durch Betätigen des zweiten und des dritten Schaltelements schaltbar ist. Hingegen ergibt sich der Rückwärtsgang durch Betätigen des ersten und des vierten Schaltelements.
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Bei geeigneter Wahl von Standgetriebeübersetzungen der Planetenradsätze wird hierdurch eine für die Anwendung im Bereich eines Kraftfahrzeuges geeignete Übersetzungsreihe realisiert. Für eine aufeinanderfolgende Schaltung der Vorwärtsgänge entsprechend ihrer Reihenfolge ist dabei stets der Zustand von je zwei Schaltelementen zu variieren, indem eines der am vorhergehenden Vorwärtsgang beteiligten Schaltelemente zu öffnen und ein anderes Schaltelement zur Darstellung des nachfolgenden Vorwärtsganges zu schließen ist. Dies hat dann auch zur Folge, dass ein Schalten zwischen den Gängen sehr zügig ablaufen kann.
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Vorteilhafterweise kann bei dem erfindungsgemäßen Getriebe ein Rückwärtsgang für einen Antrieb über die dem Getriebe vorgeschaltete Antriebsmaschine realisiert werden. Dies kann dabei alternativ oder auch ergänzend zu einer Anordnung einer Elektromaschine im Getriebe verwirklicht sein, um im Falle eines Ausfalls der Elektromaschine dennoch eine Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges verwirklichen zu können.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind der erste Planetenradsatz und der zweite Planetenradsatz gemeinsam in einer Radebene angeordnet. Dies ist vorliegend möglich, da das dritte Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbunden sind. Eine Anordnung in einer Radebene bedeutet hierbei, dass der erste und der zweite Radsatz im Wesentlichen auf einer axialen Höhe im Getriebe verbaut sind. Insbesondere ist der erste Planetenradsatz dabei radial innenliegend zum zweiten Planetenradsatz angeordnet. Das dritte Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des zweiten Planetenradsatzes können dabei einstückig ausgestaltet sein, indem z. B. ein Hohlrad des innenliegenden Planetenradsatzes an einem Außenumfang mit einer Verzahnung versehen ist, welche ein Sonnenrad des außenliegenden Planetenradsatzes definiert. Alternativ dazu können das dritte Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des zweiten Planetenradsatzes aber auch als separate Bauelemente vorliegen, die drehfest miteinander verbunden sind.
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Es ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung, dass der jeweilige Planetenradsatz als Minusplanetenradsatz vorliegt, wobei es sich bei dem jeweiligen ersten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein jeweiliges Sonnenrad, bei dem jeweiligen zweiten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um einen jeweiligen Planetensteg und bei dem jeweiligen dritten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein jeweiliges Hohlrad handelt. Ein Minusplanetensatz setzt sich auf dem Fachmann prinzipiell bekannte Art und Weise aus den Elementen Sonnenrad, Planetensteg und Hohlrad zusammen, wobei der Planetensteg mindestens ein bevorzugt aber mehrere Planetenräder führt, die im Einzelnen jeweils sowohl mit dem Sonnenrad, als auch dem umliegenden Hohlrad kämmen. Von dem ersten und dem zweiten Planetenradsatz sind dann ein oder auch beide Planetenradsätze als derartige Minusplanetensätze gestaltet. Besonders bevorzugt liegen alle beide Planetenradsätze als Minusplanetensätze vor, wodurch sich ein besonders kompakter Aufbau realisieren lässt.
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Alternativ oder auch ergänzend dazu liegt der jeweilige Planetenradsatz als Plusplanetensatz vor, wobei es sich bei dem jeweiligen ersten Element des jeweiligen Planetenradsatzes dann um ein jeweiliges Sonnenrad, bei dem jeweiligen zweiten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein jeweiliges Hohlrad und bei dem jeweiligen dritten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um einen jeweiligen Planetensteg handelt. Bei einem Plusplanetensatz sind ebenfalls die Elemente Sonnenrad, Hohlrad und Planetensteg vorhanden, wobei Letzterer mindestens ein Planetenradpaar führt, bei welchem das eine Planetenrad mit dem innenliegenden Sonnenrad und das andere Planetenrad mit dem umliegenden Hohlrad im Zahneingriff steht, sowie die Planetenräder untereinander kämmen. Bei dem erfindungsgemäßen Getriebe können ein oder auch beide Planetenradsätze als derartige Plusplanetensätze ausgeführt sein.
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Wo möglich, kann ein Minusplanetensatz durch einen Plusplanetensatz ersetzt werden, wobei dann gegenüber der Ausführung als Minusplanetensatz die Hohlrad- und die Planetensteganbindung miteinander zu tauschen, sowie eine jeweilige Getriebestandübersetzung um eins zu erhöhen ist. Wie bereits erwähnt, sind aber bevorzugt beide Planetenradsätze als Minusplanetensätze ausgeführt.
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In Weiterbildung der Erfindung sind ein oder mehrere Schaltelemente jeweils als kraftschlüssige Schaltelemente realisiert. Kraftschlüssige Schaltelemente haben den Vorteil, dass sie auch unter Last geschaltet werden können, so dass ein Wechsel zwischen den Gängen ohne Zugkraftunterbrechung vollziehbar ist. Besonders bevorzugt ist aber das vierte Schaltelement und/oder das fünfte Schaltelement jeweils als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt, wie beispielsweise als Klauenkupplung oder Sperrsynchronisation. Denn das fünfte Schaltelement ist an den ersten zwei Vorwärtsgängen beteiligt, so dass bei einer aufeinanderfolgenden Hochschaltung der Gänge hier nur ein Öffnen des fünften Schaltelements zu vollziehen ist. Das vierte Schaltelement ist nur an der Schaltung des Rückwärtsganges beteiligt. Ein formschlüssiges Schaltelement hat gegenüber einem kraftschlüssigen Schaltelement den Vorteil, dass im geöffneten Zustand nur geringe Schleppmomente auftreten, so dass sich ein höherer Wirkungsgrad realisieren lässt. Zudem kommt hier auch eine Ausführung als Stahl-Stahl-Element oder als Bandbremse in Frage.
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Entsprechend einer Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung sind das erste und/oder das dritte Schaltelement auf einer einer Anschlussstelle der Antriebswelle zugesandten Seite des ersten Planetenradsatzes angeordnet. Die beiden Schaltelemente liegen also auf einer Antriebsseite des Getriebes und sind gut zugänglich. Alternativ oder auch ergänzend dazu ist das zweite Schaltelement auf einer einer Anschlussstelle der Antriebswelle abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes angeordnet. In der Folge ist das zweite Schaltelement ebenfalls gut von einer axialen Seite des Getriebes her zugänglich. Das vierte und das fünfte Schaltelement liegen bevorzugt jeweils radial umliegend zu und im Wesentlichen axial auf Höhe des jeweiligen Planetenradsatzes, also das vierte Schaltelement umliegend zum zweiten Planetenradsatz und das fünfte Schaltelement umliegend zum ersten Planetenradsatz.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegen Anschlussstellen der An- und der Abtriebswelle koaxial zueinander. Hierbei ist die Anschlussstelle der Antriebswelle bevorzugt an einem axialen Ende des Getriebes vorgesehen, während die Anschlussstelle der Abtriebswelle axial zwischen dem ersten und dem zweiten Planetenradsatz ausgestaltet ist. Bei einer Anordnung der Planetenradsätze in einer Radebene kann die Anschlussstelle der Abtriebswelle aber auch im Bereich desselben axialen Endes wie die Anschlussstelle der Antriebswelle liegen. Insbesondere weist die äußere Schnittstelle der Abtriebswelle dann eine Verzahnung auf, welche mit einer Verzahnung einer zur Antriebswellenachse des Getriebes achsparallel angeordneten Welle kämmt. Besonders bevorzugt ist auf dieser Welle dann das Achsdifferential einer Antriebsachse angeordnet. Diese Art der Anordnung eignet sich besonders zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug mit einem quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichteten Antriebsstrang.
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In Weiterbildung der Erfindung ist eine Elektromaschine vorgesehen, deren Rotor mit einem der rotierbaren Bauelemente des Getriebes drehfest gekoppelt ist. Bevorzugt ist dann ein Stator der Elektromaschine drehfest mit dem drehfesten Bauelement des Getriebes verbunden, wobei die Elektromaschine hierbei elektromotorisch und/oder generatorisch betrieben werden kann, um unterschiedliche Funktionen zu realisieren. Insbesondere kann dabei ein rein elektrisches Fahren, ein Boosten über die Elektromaschine, ein Abbremsen und Rekuperieren und/oder ein Synchronisieren im Getriebe über die Elektromaschine vollzogen werden. Der Rotor der Elektromaschine kann dabei koaxial zu dem jeweiligen Bauelement liegen oder achsversetzt zu diesem angeordnet sein, wobei im letztgenannten Fall dann eine Koppelung über eine zwischenliegende Stirnradstufe oder auch einen Zugmitteltrieb realisiert sein kann.
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Bevorzugt ist der Rotor der Elektromaschine dabei mit der Antriebswelle drehfest gekoppelt, wobei hierdurch ein rein elektrisches Fahren des Kraftfahrzeuges auf geeignete Art und Weise dargestellt wird. Dazu wird einer der Gänge im Getriebe geschaltet, wobei in den Vorwärtsgängen dabei auch eine Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges realisierbar ist, indem über die Elektromaschine eine entgegengesetzte Drehbewegung eingeleitet wird, wodurch die Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges im Übersetzungsverhältnis des jeweiligen Vorwärtsganges stattfindet. In der Folge können die Übersetzungsverhältnisse der Vorwärtsgänge sowohl für die elektrische Vorwärts- als auch für die elektrische Rückwärtsfahrt genutzt werden. Der Rotor der Elektromaschine kann abgesehen von der Antriebswelle aber auch an einer der übrigen, rotierbaren Bauelemente des Getriebes angebunden sein.
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Entsprechend einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, welche insbesondere in Kombination mit der vorgenannten Anordnung einer Elektromaschine realisiert wird, ist zudem eine Trennkupplung vorgesehen, über welche die Antriebswelle mit einer Anschlusswelle drehfest verbindbar ist. Die Anschlusswelle dient dann innerhalb eines Kraftfahrzeugantriebsstranges der Anbindung an die Antriebsmaschine. Das Vorsehen der Trennkupplung hat dabei den Vorteil, dass im Zuge des rein elektrischen Fahrens eine Verbindung zur Antriebsmaschine unterbrochen werden kann, wodurch diese nicht mitgeschleppt wird. Die Trennkupplung ist dabei bevorzugt als kraftschlüssiges Schaltelement ausgeführt, wie beispielsweise als Lamellenkupplung, kann aber ebenso gut auch als formschlüssiges Schaltelement, wie beispielsweise als Klauenkupplung oder Sperrsynchronisation, vorliegen.
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Generell kann dem Getriebe prinzipiell ein Anfahrelement vorgeschaltet werden, beispielsweise ein hydrodynamischer Drehmomentwandler oder eine Reibkupplung. Dieses Anfahrelement kann dann auch Bestandteil des Getriebes sein und dient der Gestaltung eines Anfahrvorgangs, indem es eine Schlupfdrehzahl zwischen der Brennkraftmaschine und der Antriebswelle des Getriebes ermöglicht. Hierbei kann auch eines der Schaltelemente des Getriebes oder die evtl. vorhandene Trennkupplung als ein solches Anfahrelement ausgebildet sein, indem es bzw. sie als Reibschaltelement vorliegt. Zudem kann auf jeder Welle des Getriebes prinzipiell ein Freilauf zum Getriebegehäuse oder zu einer anderen Welle angeordnet werden.
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Das erfindungsgemäße Getriebe ist insbesondere Teil eines Kraftfahrzeugantriebsstranges und ist dann zwischen einer insbesondere als Brennkraftmaschine gestalteten Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges und weiteren, in Kraftflussrichtung zu Antriebsrädern des Kraftfahrzeuges folgenden Komponenten des Antriebsstranges angeordnet. Hierbei ist die Antriebswelle des Getriebes entweder permanent drehfest mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekoppelt oder über eine zwischenliegende Trennkupplung bzw. ein Anfahrelement mit dieser verbindbar, wobei zwischen Brennkraftmaschine und Getriebe zudem ein Torsionsschwingungsdämpfer vorgesehen sein kann. Abtriebsseitig ist das Getriebe innerhalb des Kraftfahrzeugantriebsstranges dann bevorzugt mit einem Achsgetriebe einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges gekoppelt, wobei hier allerdings auch eine Anbindung an ein Längsdifferential vorliegen kann, über welches eine Verteilung auf mehrere angetriebene Achsen des Kraftfahrzeuges stattfindet.
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Dass zwei Bauelemente des Getriebes miteinander „verbunden” sind bzw. „gekoppelt” sind meint im Sinne der Erfindung eine permanente Verbindung dieser Bauelemente, so dass diese mit ein und derselben Drehzahl laufen. Insofern ist zwischen diesen Bauelementen, bei welchen es sich um Elemente der Planetenradsätze oder auch Wellen oder ein drehfestes Bauelement des Getriebes handeln kann, kein Schaltelement vorgesehen, sondern die entsprechenden Bauelemente sind starr miteinander verbunden.
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Ist hingegen ein Schaltelement zwischen zwei Bauelementen des Getriebes vorgesehen, so sind diese Bauelemente nicht permanent drehfest miteinander gekoppelt, sondern eine drehfeste Koppelung wird erst über das zwischenliegende Schaltelement vorgenommen. Dabei bedeutet eine Betätigung des Schaltelements im Sinne der Erfindung, dass das betreffende Schaltelement in einen geschlossenen Zustand überführt wird und in der Folge die hieran anknüpfenden Bauelemente in ihren Drehbewegungen aneinander angleicht. Im Falle einer Ausgestaltung des betreffenden Schaltelements als formschlüssiges Schaltelement werden die hierüber drehfest miteinander verbundenen Bauelemente unter gleicher Drehzahl laufen, während im Falle eines kraftschlüssigen Schaltelements auch nach einem Betätigen desselbigen Drehzahlunterschiede zwischen den Bauelementen bestehen können. Dieser gewollte oder auch ungewollte Zustand wird im Rahmen der Erfindung dennoch als drehfeste Verbindung der jeweiligen Bauelemente über das Schaltelement bezeichnet.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
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1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges, in welchem ein erfindungsgemäßes Getriebe zur Anwendung kommt;
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2 eine schematische Ansicht eines Getriebes entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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3 eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung;
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4 eine schematische Ansicht eines Getriebes entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung; und
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5 ein beispielhaftes Schaltschema der Getriebe aus den 2 bis 4.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges, in welchem eine Verbrennungskraftmaschine VKM über einen zwischenliegenden Torsionsschwingungsdämpfer TS mit einem Getriebe G verbunden ist. Dem Getriebe G ist abtriebsseitig ein Achsgetriebe AG nachgeschaltet, über welches eine Antriebsleistung auf Antriebsräder DW einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges verteilt wird.
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Aus 2 geht eine schematische Darstellung des Getriebes G gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung hervor. Wie zu erkennen ist, umfasst das Getriebe G einen ersten Planetenradsatz P1 und einen zweiten Planetenradsatz P2. Jeder der Planetenradsätze P1 und P2 weist je ein erstes Element E11 bzw. E12, je ein zweites Element E21 bzw. E22 und je ein drittes Element E31 bzw. E32 auf. Das jeweilige erste Element E11 bzw. E12 ist dabei stets durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 gebildet, während das jeweilige zweite Element E21 bzw. E22 des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 als je ein Planetensteg vorliegt. Das jeweils noch verbleibende, dritte Element E31 bzw. E32 wird dann durch ein jeweiliges Hohlrad gebildet.
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Die Planetenradsätze P1 und P2 sind vorliegend also jeweils als Minusplanetensätze gestaltet, bei welchen der jeweilige Planetensteg ein, bevorzugt aber mehrere Planetenräder drehbar gelagert führt, die im Einzelnen mit dem radial innenliegenden Sonnenrad und auch mit dem umliegenden Hohlrad im Zahneingriff stehen. Dort wo es die Anbindung zulässt, könnten aber auch einzelne oder auch beide Planetenradsätze P1, P2 als sogenannte Plusplanetensätze ausgeführt werden, bei welchen ein jeweiliger Planetensteg mindestens ein Planetenradpaar trägt, von dessen Planetenrädern ein Planetenrad mit einem radial innenliegenden Sonnenrad und ein Planetenrad mit einem radial umliegenden Hohlrad im Zahneingriff stehen, sowie die Planetenräder des Radpaares untereinander kämmen. Im Vergleich zu einer jeweiligen Ausführung als Minusplanetensatz müsste dann das jeweilige zweite Element E21 bzw. E22 durch das jeweilige Hohlrad und das jeweilige dritte Element E31 bzw. E32 durch den jeweiligen Planetensteg gebildet und zudem eine jeweilige Getriebestandübersetzung um eins erhöht werden.
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Wie in 2 zu erkennen ist, umfasst das Getriebe G insgesamt fünf Schaltelemente in Form eines ersten Schaltelements K1, eines zweiten Schaltelements K2, eines dritten Schaltelements B1, eines vierten Schaltelements B2 und eines fünften Schaltelements B3. Dabei sind die Schaltelemente K1, K2 und B1 jeweils als kraftschlüssige Schaltelemente ausgeführt und liegen bevorzugt als Lamellenschaltelemente vor, während die Schaltelemente B2 und B3 als formschlüssige Schaltelemente ausgestaltet sind. Bei letzteren kann es sich dabei um Klauenschaltelemente oder auch Sperrsynchronisationen handeln. Das erste Schaltelement K1 und das zweite Schaltelement K2 sind vorliegend als Kupplungen gestaltet, während das dritte Schaltelement B1, das vierte Schaltelement B2 und das fünfte Schaltelement B3 als Bremsen vorliegen.
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Eine Antriebswelle GW1 des Getriebes G kann zum einen über das erste Schaltelement K1 mit dem ersten Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 und zum anderen mittels des zweiten Schaltelements K2 mit dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest verbunden werden. Das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 wiederum kann über das dritte Schaltelement B1 an einem drehfesten Bauelement GG festgesetzt werden, bei welchem es sich bevorzugt um ein Getriebegehäuse des Getriebes G oder einen Teil eines derartigen Getriebegehäuses handelt. Mit diesem drehfesten Bauelement GG kann auch das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 durch Betätigen des vierten Schaltelements B2 drehfest gekoppelt werden.
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Wie des Weiteren in 2 zu erkennen ist, sind das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 und das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 starr miteinander verbunden und stehen auch gemeinsam drehfest mit einer Abtriebswelle GW2 des Getriebes G in Verbindung. Schließlich sind noch das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 und das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest miteinander gekoppelt und können gemeinsam über das fünfte Schaltelement B3 am drehfesten Bauelement GG festgesetzt werden.
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Die beiden Planetenradsätze P1 und P2 sind axial in der Reihenfolge erster Planetenradsatz P1 und zweiter Planetenradsatz P2 angeordnet, wobei das erste Schaltelement K1 und das dritte Schaltelement B1 axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz P2 abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes P1 platziert sind, auf welcher auch eine Anschlussstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 liegt. Hingegen ist das zweite Schaltelement K2 an einem hierzu entgegengesetzt liegenden axialen Ende des Getriebes G angeordnet und liegt damit auf einer dem ersten Planetenradsatz P1 abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes P2. Das vierte Schaltelement B2 ist axial auf Höhe des zweiten Planetenradsatzes P2 radial umliegend zu diesem platziert, während das fünfte Schaltelement B3 axial auf Höhe und radial umliegend zum ersten Planetenradsatz P1 vorgesehen ist. Hierbei ist eine Versorgung des ersten Schaltelements K1 und des dritten Schaltelements B1 über eine gemeinsame Leitung möglich.
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Koaxial zur Anschlussstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 ist zudem eine Anschlussstelle GW2-A der Abtriebswelle GW2 ausgebildet, welche dabei axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 liegt. Die Anschlussstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 dient im Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 1 einer Anbindung an die Verbrennungskraftmaschine VKM, während das Getriebe G an der Anschlussstelle GW2-A der Abtriebswelle GW2 mit dem nachfolgenden Achsgetriebe AG verbunden ist. Bevorzugt weist die Anschlussstelle GW2-A hierbei eine Verzahnung auf, welche im verbauten Zustand des Getriebes G mit einer zugehörigen Verzahnung einer nicht dargestellten Welle kämmt. Diese Welle ist dann achsparallel zu der An- und der Abtriebswelle GW1 und GW2 angeordnet, wobei auf dieser Welle dann ein Achsgetriebe angeordnet sein kann. Insofern ist das in 2 dargestellte Getriebe G für die Anwendung in einem Kraftfahrzeugantriebsstrang geeignet, welcher quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichtet ist
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3 zeigt eine schematische Ansicht eines Getriebes G entsprechend einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, welche im Wesentlichen der in 2 dargestellten Variante entspricht. Im Unterschied zu der Variante nach 2 sind der erste Planetenradsatz P1 und der zweite Planetenradsatz P2 gemeinsam in einer Radebene angeordnet, sie liegen also im Wesentlichen auf einer axialen Höhe des Getriebes G. Dabei ist der erste Planetenradsatz P1 radial innenliegend zum zweiten Planetenradsatz P2 platziert, was möglich ist, da das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 und das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest miteinander verbunden sind. Konkret können das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 und das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 dabei einstückig gestaltet sein, indem ein entsprechendes Hohlrad an einem Außenumfang mit einer entsprechenden Verzahnung ausgestattet wird.
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Die Schaltelemente K1, B1 und B3 sind im Falle der Ausführungsform nach 3 auf einer der Anschlussstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 zugewandten Seite der Planetenradsätze P1 und P2 angeordnet, während das zweite Schaltelement K2 dieser abgewandt liegt. Hingegen ist das vierte Schaltelement B2 in der Radebene mit dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 platziert. Schließlich liegt die Anschlussstelle GW2-A der Abtriebswelle GW2 axial zwischen dem vierten Schaltelement B2 und dem fünften Schaltelement B3. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform nach 3 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
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In 4 ist ein Getriebe G entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung dargestellt, welche im Wesentlichen der Variante aus 2 entspricht. Unterschiedlich ist dabei aber, dass zusätzlich eine Elektromaschine EM vorgesehen ist, deren Stator S am drehfesten Bauelement GG festgesetzt ist, während ein Rotor R der Elektromaschine EM drehfest mit der Antriebswelle GW1 verbunden ist. Des Weiteren kann die Antriebswelle GW1 an ihrer Anschlussstelle GW1-A über eine zwischenliegende Trennkupplung K0, welche vorliegend als Lamellenschaltelement gestaltet ist, mit einer Anschlusswelle AN drehfest verbunden werden, welche wiederum mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine VKM mittels des zwischenliegenden Torsionsschwingungsdämpfers TS verbunden ist.
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Über die Elektromaschine EM kann dabei ein rein elektrisches Fahren realisiert werden, wobei in diesem Fall die Trennkupplung K0 geöffnet wird, um die Antriebswelle GW1 von der Anschlusswelle AN zu entkoppeln und die Verbrennungskraftmaschine VKM nicht mitzuschleppen. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform nach 4 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
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In 5 ist ein beispielhaftes Schaltschema für die jeweiligen Getriebe G aus den 2 bis 4 tabellarisch dargestellt. Wie zu erkennen ist, können hierbei jeweils insgesamt vier Vorwärtsgänge 1 bis 4, sowie ein Rückwärtsgang R1 realisiert werden, wobei in den Spalten des Schaltschemas mit einem X jeweils gekennzeichnet ist, welches der Schaltelemente K1, K2, B1, B2 und B3 in welchem der der Vorwärtsgänge 1 bis 4 und dem Rückwärtsgang R1 jeweils geschlossen ist. In jedem der Vorwärtsgänge 1 bis 4 und dem Rückwärtsgang R1 sind dabei jeweils zwei der Schaltelemente K1, K2, B1, B2 und B3 geschlossen, wobei bei einer aufeinanderfolgenden Schaltung der Vorwärtsgänge 1 bis 4 je eines der beteiligten Schaltelemente zu öffnen und ein anderes Schaltelement im Folgenden zu schließen ist.
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Wie in 5 zu erkennen ist, wird ein erster Vorwärtsgang 1 durch Betätigen des ersten Schaltelements K1 und des fünften Schaltelements B3 geschaltet, wobei hiervon ausgehend ein zweiter Vorwärtsgang 2 gebildet wird, indem das erste Schaltelement K1 geöffnet und im Folgenden das zweite Schaltelement K2 geschlossen wird. Im Weiteren kann dann in einen dritten Vorwärtsgang 3 geschaltet werden, indem das fünfte Schaltelement B3 geöffnet und das erste Schaltelement K1 wiederum geschlossen wird. Ausgehend davon ergibt sich dann ein vierter Vorwärtsgang 4 durch Öffnen des ersten Schaltelements K1 und Schließen des dritten Schaltelements B1.
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Der Rückwärtsgang R1, in welchem eine Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges auch bei Antrieb über die Verbrennungskraftmaschine VKM realisiert werden kann, wird hingegen durch Schließen des ersten Schaltelements K1 und des vierten Schaltelements B2 geschaltet.
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Wie in den 2 bis 4 dargestellt ist, sind die Schaltelemente B2 und B3 als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt. Jedoch könnten die beiden Schaltelemente B2 und B3 jeweils auch als kraftschlüssiges Schaltelement, wie beispielsweise als Lamellenschaltelement, realisiert sein.
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Die in 4 gezeigte Anordnung einer Elektromaschine EM kann auch entsprechend bei den Varianten der 2 oder 3 zur Anwendung kommen, indem ein Rotor R der Elektromaschine entsprechend drehfest mit der Antriebswelle GW1 verbunden wird.
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Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen kann ein Getriebe mit kompaktem Aufbau und einem guten Wirkungsgrad realisiert werden.
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Bezugszeichen
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- G
- Getriebe
- GG
- Drehfestes Bauelement
- P1
- Erster Planetenradsatz
- E11
- 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
- K1
- Erstes Schaltelement
- K2
- Zweites Schaltelement
- B1
- Drittes Schaltelement
- B2
- Viertes Schaltelement
- B3
- Fünftes Schaltelement
- 1
- Erster Vorwärtsgang
- 2
- Zweiter Vorwärtsgang
- 3
- Dritter Vorwärtsgang
- 4
- Vierter Vorwärtsgang
- R1
- Rückwärtsgang
- GW1
- Antriebswelle
- GW1-A
- Äußere Schnittstelle der Antriebswelle
- GW2
- Abtriebswelle
- GW2-A
- Äußere Schnittstelle der Abtriebswelle
- EM
- Elektromaschine
- S
- Stator
- R
- Rotor
- AN
- Anschlusswelle
- K0
- Trennkupplung
- VKM
- Verbrennungskraftmaschine
- TS
- Torsionsschwingungsdämpfer
- AG
- Achsgetriebe
- DW
- Antriebsräder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013002586 A1 [0002]
