DE102016209068B4 - Schaltbares Getriebe - Google Patents

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Abstract

Schaltbares Getriebe für ein Kraftfahrzeug zum Verändern des Übersetzungsverhältnisses zwischen einer Getriebeeingangs- (1) und einer Getriebeausgangswelle (2) mit einem Synchronisationsmotor (8), einem Umlaufgetriebe mit einer Mehrzahl von Planetengetrieberadsätzen (5, 6, 7, 16), einem Getriebegehäuse (4) und mit einer Mehrzahl an Drehmomentübertragungseinrichtungen (10, 11, 12, 13, 14, 15), welche zum stillstandsfreien Verändern dieses Übersetzungsverhältnisses eingerichtet sind, wobei die Getriebeeingangswelle (1) mit einer Primärantriebsmaschine zur Aufnahme einer Antriebsleistung koppelbar ist und die Getriebeeingangswelle (1) beim stillstandsfreien Verändern des Übersetzungsverhältnisses eine von Null verschiedene Getriebeeingangsdrehzahl aufweist und, wobei die Getriebeausgangswelle zum Abgeben dieser Antriebsleistung zu einem Radantrieb eingerichtet und mit diesem gekoppelt ist,wobei von mehr als einer der Drehmomentübertragungseinrichtungen (10, 11, 12, 13, 14, 15)jeweils eine Eingangsseite (10.E, 11.E, 12.E, 13.E, 14.E, 15.E) dieser mit dem Synchronisationsmotor (8) drehmomentleitend verbunden ist, so dass beim stillstandsfreien Verändern des Übersetzungsverhältnisses die Drehzahl der Eingangsseite (10.E, 11.E, 12.E, 13.E, 14.E, 15.E) mit einer Drehzahl einer Ausgangsseite der gleichen Drehmomentübertragungseinrichtung (10, 11, 12, 13, 14, 15), mittels des Synchronisationsmotors (8), synchronisierbar ist und dass eine Mehrzahl dieser Drehmomentübertragungseinrichtungen (10, 11, 12, 13, 14, 15) als formschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtungen ausgebildet sind, wobei die Mehrzahl von Planetengetrieberadsätzen (5, 6, 7, 16) einen ersten (5), zweiten (6) und dritten (7) Planetengetrieberadsatz aufweist oder aus diesen besteht und dass der Synchronisationsmotor (8) mit einem zweiten Element (5.2) des ersten Planetengetrieberadsatzes (5) drehfest verbunden ist und wobei ein drittes Element (5.3) des ersten Planetengetrieberadsatzes (5) mit dem Getriebegehäuse (4) drehfest verbunden ist und wobei ein erstes Element (5.1) des ersten Planetengetrieberadsatzes (5) mit der Getriebeausgangswelle (2) selektiv, drehfest verbindbar ist und wobei die Getriebeeingangswelle (1) mit einem ersten Element (6.1) des zweiten Planetengetrieberadsatzes (6) drehfest verbunden ist und wobei die Getriebeausgangswelle (2) mit einem ersten Element (7.1) des dritten Planetengetrieberadsatzes (7) verbunden ist,dadurch gekennzeichnet, dassdas dritte Element (5.3) des ersten Planetengetrieberadsatzes (5) ein Sonnenrad ist, dass das zweite Element (5.2) des ersten Planetengetrieberadsatzes (5) ein Hohlrad ist und dass das erste Element (5.1, 6.1, 7.1) des ersten (5), des zweiten (6) und des dritten (7) Planetengetrieberadsatzes jeweils ein Planetenradträger ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein schaltbares Getriebe gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs für ein Kraftfahrzeug, derartige Getriebe sind aus dem Stand der Technik bekannt, insbesondere aus der DE 197 39 906 A1 .
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Kraftfahrzeuggetriebes beschrieben, dies ist nicht als eine Beschränkung der Erfindung zu verstehen.
  • Im Kraftfahrzeugbau ist eine allgemeine Entwicklungstendenz die Steigerung der Effizienz des Antriebsstrangs. Dem Getriebe als Teil des Antriebsstrangs kommt dabei Bedeutung zu. Häufig werden in einem solchen Antriebsstrang schaltbare Getriebe, d.h. Getriebe, bei welchen das Übersetzungsverhältnis zwischen einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle in diskreten Stufen, sogenannten Gängen oder Gangstufen, veränderbar ist, verwendet. Solche schaltbaren Getriebe werden häufig als sogenannte Automatikgetriebe mit einer Kombination aus mehreren Planetengetrieberadsätzen ausgebildet. Zum Verändern des Übersetzungsverhältnisses sind in diesen Getrieben Bremsen und Kupplungen, allgemein Drehmomentübertragungseinrichtungen, vorgesehen, mit welchen einzelne Elemente der Planetengetrieberadsätze und/oder das Getriebegehäuse, miteinander selektiv koppelbar sind.
  • Um komfortable Schaltvorgänge zu realisieren, sind diese Drehmomentübertragungseinrichtungen als reibschlüssige Einrichtungen ausgebildet, so ist eine überschneidende Steuerung dieser ermöglicht, also ein Schließen der einen Einrichtung und ein zeitgleiches Öffnen der anderen. In solchen reibschlüssigen Einrichtungen fallen Verluste an. Durch Reibverluste während des allmählichen Öffnens oder Schließens verursachte Wärme ist durch Getriebeöl abführbar, dieses Getriebeöl ruft in geöffneten Zustand der Einrichtung Scherreibungsverluste hervor. Weiter ist zu Aktuierung der Drehmomentübertragungseinrichtung, auch wenn diese geschlossen ist und bleibt, ein Hydraulikdruck vorzusehen, zu dessen Bereitstellung Energie notwendig ist (normaly open Drehmomentübertragungseinrichtung).
  • Die DE 10 2007 005 438 A1 befasst sich mit einem mehrgängigen Planetenkoppelgetriebe. Die DE10 2005 025 654 A1 befasst sich mit einer Steuervorrichtung zum Steuern der Antriebsvorrichtung eines Fahrzeugs. Die US 2007/ 0 042 858 A1 befasst sich mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe mit drei Planetengetrieberadsätzen und zwei festen Verbindungen und einer stationären Verbindung. Die DE 10 2007 022 776 A1 befasst sich mit einem Mehrstufengetriebe.
  • Die DE 197 39 906 A1 schlägt ein schaltbares Getriebe, mit einer Mehrzahl an Planetengetrieberadsätzen und einem ersten und einem zweiten elektrischen Antriebsmotor vor. Weiter ist eine Verbrennungskraftmaschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Die Planetengetrieberadsätze sind mittels Drehmomentübertragungseinrichtungen miteinander selektiv koppelbar, so sind unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Getriebeeingangs- und -ausgangswelle einstellbar.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein schaltbares Getriebe mit einer verbesserten Effizienz anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein schaltbares Getriebe gemäß dem ersten Patentanspruch gelöst, zu bevorzugende Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Im Sinne der Erfindung ist unter einem schaltbaren Getriebe eine Einrichtung zum stufenweisen Ändern eines Übersetzungsverhältnisses zwischen einer Getriebeeingangswelle zu einer Getriebeausgangswelle zu verstehen, sogenanntes Geschwindigkeitswechselgetriebe. Vorzugsweise weist ein solches schaltbares Getriebe eine Vielzahl von Zahnrädern zur Leistungsübertragung auf, weiter vorzugsweise ist durch eine Drehzahlüberlagerung innerhalb des schaltbaren Getriebes eine kontinuierliche Veränderung eines Drehzahlverhältnisses zwischen einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle des schaltbaren Getriebes ermöglicht. Vorzugsweise weist ein solches schaltbares Getriebe zum Bereitstellen der Übersetzungen ein Umlaufgetriebe mit einer Mehrzahl an Planetengetrieberadsätzen auf.
  • Im Sinne der Erfindung ist unter einem Umlaufgetriebe eine Einrichtung mit einer Vielzahl von konzentrisch angeordneten Zahnrädern aufzufassen, wobei in diesem Umlaufgetriebe sogenannte Planetenräder angeordnet sind, welche um ein oder mehrere Zentral- oder Sonnenräder umlaufen und weiter mit sogenannten Hohlrädern oder den zuvor genannten Zentralrädern oder beiden zur Leistungsübertragung kämmen.
  • Vorzugsweise sind in einem Umlaufgetriebe mehrere Planetengetrieberadsätze selektiv miteinander koppelbar, d.h. dass einzelne Elemente des einen Planetengetrieberadsatzes mit einzelnen Elementen eines anderen Planetengetrieberadsatzes des Umlaufgetriebes oder des gleichen Planetengetrieberadsatzes oder mit einem Getriebegehäuse selektiv koppelbar sind. Insbesondere durch diese selektive Kopplung einzelner Elemente sind unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse in diesem schaltbaren Getriebe darstellbar.
  • Im Sinne der Erfindung ist unter einem Planetengetrieberadsatz ein Getrieberadsatz zu verstehen, welcher mehrere Elemente, sogenannte Getriebeelemente, aufweist, welche zur formschlüssigen Leistungsübertragung eingerichtet sind. Als derartige Getriebeelemente oder Elemente sind im Sinne der Erfindung, ein Sonnenrad, ein Planetenradträger zur Lagerung wenigstens eines oder einer Vielzahl von Planetenrädern und ein Hohlrad zu verstehen. Vorzugsweise weist ein Planetengetrieberadsatz alle der zuvor genannten Elemente auf und bevorzugt kann ein derartiger Planetengetrieberadsatz um das Sonnenrad oder um das Hohlrad reduziert sein, d.h. ein solcher reduzierter Planetengetrieberadsatz weist eines der zuvor genannten Elemente nicht auf.
  • Dabei ist das sogenannte Sonnenrad als Zentralrad ausgebildet, das auf dem Planetenradträger gelagerte Planetenrad oder die Planetenräder, kontaktieren das Sonnenrad oder das Hohlrad oder beide. Das Hohlrad ist konzentrisch zum Zentralrad angeordnet. Der Planetenradträger ist zur Lagerung und Führung des oder der Planetenräder eingerichtet und ist konzentrisch rotierbar zum Sonnenrad bzw. konzentrisch zu diesem angeordnet. Derartige Planetengetrieberadsätze sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden häufig in sogenannten Automatikgetrieben im Kraftfahrzeugbau eingesetzt und in der zuvor beschrieben Art und Weise mit selektiver Kopplung verwendet, insbesondere um unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse darzustellen. Dabei werden bei bekannten Automatikgetrieben häufig reibschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtungen verwendet.
  • Im Sinne der Erfindung ist unter einer Drehmomentübertragungseinrichtung eine Einrichtung mit einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite zu verstehen, wobei zwischen diesen Seiten eine drehmomentleitende Verbindung selektiv herstellbar ist. Weiter ist die Drehmomentübertragungseinrichtung in zwei Betriebszustände schaltbar, in einem ersten dieser Betriebszustände ist mit dieser ein Drehmoment übertragbar (drehmomentleitende Verbindung hergestellt) und in dem zweiten Betriebszustand ist kein Drehmoment von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite übertragbar. Derartige Drehmomentübertragungseinrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden abhängig von deren Kinematik häufig als Bremsen oder Kupplungen bezeichnet. Weiter ist es auch bekannt, derartige Drehmomentübertragungseinrichtungen bezüglich ihrer Drehmomentübertragung in formschlüssige oder reibschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtungen einzuteilen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind sämtliche Drehmomentübertragungseinrichtungen als formschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtungen ausgebildet. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Teil der Drehmomentübertragungseinrichtungen als reibschlüssige und der Rest als formschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtung ausgebildet.
  • Im Sinne der Erfindung ist unter einer Getriebeeingangswelle eine Getriebewelle zu verstehen, welcher von außerhalb des Getriebes eine Antriebsleistung zuführbar ist wobei das Getriebe dazu eingerichtet ist, diese Antriebsleistung auf eine Getriebeausgangswelle zu übertragen.
  • Im Sinne der Erfindung ist unter der Getriebeausgangswelle eine Getriebewelle zu verstehen, mit welcher zumindest die der Getriebeeingangswelle zugeführte Antriebsleistung, abzüglich unvermeidbarer Verlust, aus dem Getriebe an einen Antriebsstrang, insbesondere in Richtung auf einen Radantrieb eines Kraftfahrzeugs übertragbar ist.
  • Insbesondere ist die Getriebeeingangswelle mit einer Primärantriebsmaschine zur Übertragung der Antriebsleistung koppelbar. Vorzugsweise ist unter einer Primärantriebsmaschine ein Energiewandler zu verstehen, bevorzugt eine Verbrennungskraftmaschine oder Brennkraftmaschine.
  • Im Sinne der Erfindung ist unter dem Synchronisationsmotor ein Energiewandler bzw. eine Antriebseinrichtung zu verstehen, welche mit der Eingangsseite einer oder mehrerer der Drehmomentübertragungseinrichtungen derart verbunden ist, dass durch den Synchronisationsmotor auf die verbundene Eingangsseite eine Drehzahl aufbringbar ist. Vorzugsweise ist der Synchronisationsmotor drehfest mit zumindest der Eingangsseite einer der Drehmomentübertragungseinrichtungen verbindbar und vorzugsweise ist der Synchronisationsmotor wenigstens kinematisch mit der Eingangsseite einer der Drehmomentübertragungseinrichtungen verbindbar.
  • Im Sinne der Erfindung ist unter dem stillstandsfreien Verändern des Übersetzungsverhältnisses des schaltbaren Getriebes zu verstehen, dass das Übersetzungsverhältnis des schaltbaren Getriebes veränderbar ist bzw. verändert wird, während die Getriebeeingangswelle oder die Getriebeausgangswelle oder beide rotieren. Bei bekannten schaltbaren Getrieben wird diese stillstandsfreie Veränderbarkeit des Übersetzungsverhältnisses dadurch erreicht, dass reibschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtungen Verwendung finden. Dabei weisen solche reibschlüssigen Drehmomentübertragungseinrichtungen häufig den Nachteil auf, dass zum Herstellen und aufrechterhalten der drehmomentleitenden Verbindung von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite eine Leistung bereitgestellt werden muss und so die Effizienz des schaltbaren Getriebes belastet ist.
  • Im Sinne der Erfindung ist unter einem Radantrieb eine angetriebene Achse oder ein angetriebenes Rad eines Kraftfahrzeugs zu verstehen.
  • Im Sinne der Erfindung ist unter dem Synchronisieren der Eingangsseite mit der Ausgangsseite der gleichen Drehmomentübertragungseinrichtung mittels des Synchronisationsmotors zu verstehen, dass die Drehzahl der Eingangsseite auf die Drehzahl der Ausgangsseite anpassbar ist, bzw. dass diese, wenigstens im Wesentlichen, auf die gleiche Drehzahl bringbar sind, um so das Herstellen der drehmomentleitenden Verbindung insbesondere mittels der formschlüssigen Drehmomentübertragungseinrichtung zu ermöglichen.
  • Vorzugsweise weist das schaltbare Getriebe eine Vielzahl solcher durch den Synchronisationsmotor synchronisierbaren Drehmomentübertragungseinrichtungen auf, wenigstens aber 2. Vorzugsweise sind die synchronisierbaren Drehmomentübertragungseinrichtungen als formschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtungen ausgebildet. Insbesondere bei formschlüssigen Drehmomentübertragungseinrichtungen ist ein Drehmoment von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite dieser Drehmomentübertragungseinrichtung durch eine formschlüssige Verbindung und damit besonders effizient übertragbar.
  • Nach dem Herstellen der formschlüssigen Verbindung sind die Eingangsseite und die Ausgangsseite einer formschlüssigen Drehmomentübertragungseinrichtung drehfest miteinander verbunden. Vorzugsweise sind derartige formschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtungen als Klauenkupplung oder mit einer Schiebemuffenverbindung ausgebildet.
  • Im Sinne der Erfindung ist unter drehmomentleitend verbunden zu verstehen, dass von einem ersten Bauteil, welches mit einem zweiten Bauteil drehmomentleitend verbunden ist, eine Drehzahl auf dieses übertragbar ist. Dabei ist unter einer drehmomentleitenden Verbindung auch eine kinematische Kopplung dieser Bauteile zu verstehen. Bezogen auf das schaltbare Getriebe bedeutet dies, dass der Synchronisationsmotor auch dann mit der Eingangsseite der Drehmomentübertragungseinrichtung drehmomentleitend verbunden ist, wenn in Drehmomentübertragungsrichtung zwischen diesen ein oder mehrere der zuvor genannten Planetengetrieberadsätze vollständig oder teilweise angeordnet sind und so die Drehzahl des Synchronisationsmotors mit einer bestimmten Getriebeübersetzung auf die Eingangsseite der jeweiligen Drehmomentübertragungseinrichtung übertragbar ist. Anders gewendet ist der Synchronisationsmotor, auch dann mit der Eingangsseite einer der Drehmomentübertragungseinrichtungen drehmomentleitend verbunden, wenn die Drehzahl vom Synchronisationsmotor bei ihrer Übertragung durch eine oder mehrere Zahnradstufen gewandelt wird.
  • Insbesondere ist eine drehfeste Verbindung eine Unterart einer drehmomentleitenden Verbindung, so dass drehfest verbundene Bauteile auch drehmomentleitend verbunden sind. Jedoch ist nicht jede drehmomentleitende Verbindung eine drehfeste Verbindung
  • Im Sinne der Erfindung ist unter drehfest verbunden zu verstehen, dass ein erstes Bauteil, welches mit einem zweiten Bauteil drehfest verbunden ist, mit diesem derart verbunden ist, dass das erste und das zweite Bauteil die gleiche Drehzahl aufweisen und, soweit diese rotierbar gelagert sind, dass diese um die gleiche Rotationsachse rotierbar gelagert sind. Vorzugsweise sind drehfest miteinander verbundene und rotierbar gelagerte Bauteile um eine gemeinsame Rotationsache rotierbar, wenn eines der Bauteile in Bewegung um diese Rotationsachse versetzt wird. Weiter vorzugsweise ist auch eine drehfeste Verbindung mit einem Gehäuse, insbesondere dem Getriebegehäuse ermöglicht, entsprechend steht das mit dem Gehäuse drehfest verbundene Bauteil still. Weiter vorzugsweise ist unter einer drehfesten Verbindung eine drehstarre Verbindung zu verstehen. Vorzugsweise ist eine drehfeste Verbindung dadurch charakterisiert, dass die miteinander verbundenen Bauteile derart verbunden sind, dass eine Bewegungsübertragung beziehungsweise eine Drehmomentübertragung zwischen diesen ohne eine rollende, wälzende oder gleitende Bewegungsübertragung ermöglicht ist. Weiter vorzugsweise kontaktieren sich die beiden drehfest miteinander verbundenen Bauteile unmittelbar oder mittelbar durch ein oder mehrere, unbeweglich zwischen diesen angeordnete weitere Bauteile.
  • Insbesondere durch den Einsatz mehrerer solcher synchronisierbarer und insbesondere als formschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtungen ausgebildeten, Drehmomentübertragungseinrichtungen ist es ermöglicht, die Effizienz des schaltbaren Getriebes zu erhöhen, da für das aufrechterhalten der drehmomentleitende Verbindung zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite der formschlüssigen Drehmomentübertragungseinrichtung keine oder eine geringe Leistung notwendig ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Mehrzahl von Planetengetrieberadsätzen einen ersten, zweiten und dritten Planetengetrieberadsatz auf. Weiter vorzugsweise besteht die Mehrzahl von Planetengetrieberadsätzen aus diesen drei Planetengetrieberadsätzen. Weiter vorzugsweise ist der Synchronisationsmotor als elektromechanischer Energiewandler, insbesondere als Elektromotor, ausgebildet. Vorzugsweise ist dieser Synchronisationsmotor drehfest mit einem zweiten Element des ersten Planetengetrieberadsatzes verbunden. Vorzugsweise ist ein drittes Element des ersten Planetengetrieberadsatzes mit dem Getriebegehäuse drehfest verbunden. Vorzugsweise ist ein erstes Element des ersten Planetengetrieberadsatzes mit der Getriebeausgangswelle selektiv, drehfest verbindbar. Vorzugsweise ist die Getriebeeingangswelle mit einem ersten Element des zweiten Planetengetrieberadsatzes drehfest verbunden. Vorzugsweise ist die Getriebeausgangswelle mit einem ersten Element des dritten Planetengetrieberadsatzes verbunden. Weiter vorzugsweise weist jeder der zuvor genannten drei Planetengetrieberadsätze jeweils ein Sonnenrad, einen Planetenradträger mit zumindest einem Planetenrad und ein Hohlrad auf. Untersuchungen haben gezeigt, dass durch eine derartige Anbindung, insbesondere des ersten Planetengetrieberadsatzes, ein besonders effizientes schaltbares Getriebe darstellbar ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des schaltbaren Getriebes ist das dritte Element des ersten Planetengetrieberadsatzes als das Sonnenrad dieses Planetengetrieberadsatzes ausgebildet. Weiter ist das zweite Element des ersten Planetengetrieberadsatzes in dieser Ausführungsform des schaltbaren Getriebes als ein Hohlrad ausgebildet. In dieser Ausführungsform des schaltbaren Getriebes ist das erste Element des ersten, des zweiten und des dritten Planetengetrieberadsatzes jeweils als ein Planetenradträger mit zumindest einem Planetenrad ausgebildet. Vorzugsweise ist damit das Hohlrad des ersten Planetengetrieberadsatzes drehfest mit dem Synchronisationsmotor verbunden.
  • Weiter vorzugsweise ist das Sonnenrad des ersten Planetengetrieberadsatzes mit dem Getriebegehäuse drehfest verbunden. Vorzugsweise ist der Planetenradträger des ersten Planetengetrieberadsatzes mittels einer der, insbesondere formschlüssigen, Drehmomentübertragungseinrichtungen mit der Getriebeausgangswelle selektiv, drehfest verbindbar. Weiter vorzugsweise ist der Planetenradträger des ersten Planetengetrieberadsatzes mit zumindest einem Element des zweiten Planetengetrieberadsatzes verbindbar. Insbesondere durch eine derartige Anbindung des ersten Planetengetrieberadsatzes ist ein besonders effizienter Betrieb des schaltbaren Getriebes ermöglicht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des schaltbaren Getriebes ist ein zweites Element des dritten Planetengetrieberadsatzes als ein Hohlrad ausgebildet. Vorzugsweise ist dieses Hohlrad mit einer ersten dieser Drehmomentübertragungseinrichtungen mit dem Getriebegehäuse selektiv, drehfest verbindbar. Vorzugsweise ist die erste Drehmomentübertragungseinrichtung als eine formschlüssige Bremse ausgebildet. Insbesondere beim stillstandfreien Verändern des Übersetzungsverhältnisses des schaltbaren Getriebes ist es in Bezug auf die erste Drehmomentübertragungseinrichtung ermöglicht, über den Synchronisationsmotor eine Drehzahl für die Eingangsseite dieser ersten Drehmomentübertragungseinrichtung, welche mit dem Hohlrad des dritten Planetengetrieberadsatzes drehfest verbunden ist, vorzugeben. Insbesondere durch die beschriebene Konfiguration des schaltbaren Getriebes ist somit durch den Synchronisationsmotor die Drehzahl der Eingangsseite der ersten Drehmomentübertragungseinrichtung beeinflussbar und vorzugsweise wird diese zum Betätigen der Bremse auf Drehzahl = Null geregelt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Planetenradträger des ersten Planetengetrieberadsatzes mit einer zweiten dieser Drehmomentübertragungseinrichtungen mit dem Planetenradträger des dritten Planetengetrieberadsatzes selektiv, drehfest verbindbar. Vorzugsweise ist diese zweite Drehmomentübertragungseinrichtung als eine formschlüssige Kupplung ausgebildet. Insbesondere durch diese Konfiguration des schaltbaren Getriebes kann der erste Planetengetrieberadsatz mit dem dritten Planetengetrieberadsatz und damit mit der Getriebeausgangswelle gekoppelt werden, wodurch insbesondere eine effiziente Übertragung der Antriebsleistung ermöglicht ist
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des schaltbaren Getriebes ist der Planetenradträger des zweiten Planetengetrieberadsatzes mit einer dritten dieser Drehmomentübertragungseinrichtungen mit einem weiteren Element des zweiten Planetengetrieberadsatzes selektiv, drehfest verbindbar. Vorzugsweise ist diese dritte Drehmomentübertragungseinrichtung als eine formschlüssige Kupplung ausgebildet. Insbesondere durch die drehfeste Kopplung von 2 Elementen des gleichen Planetengetrieberadsatzes ist eine Verblockung dieses Radsatzes erreichbar und dadurch ist Antriebsleistung von diesem ohne Wälzanteil mit hoher Effizienz übertragbar.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des schaltbaren Getriebes ist mit einer vierten dieser Drehmomentübertragungseinrichtungen der Planetenradträger des dritten Planetengetrieberadsatzes mit einem weiteren Element dieses Planetengetrieberadsatzes selektiv, drehfest verbindbar. Vorzugsweise ist diese vierte Drehmomentübertragungseinrichtung als eine formschlüssige Kupplung ausgebildet. Insbesondere durch die drehfeste Kopplung von zwei Elementen des gleichen Planetengetrieberadsatzes ist eine Verblockung dieses Radsatzes erreichbar und dadurch ist Antriebsleistung von diesem ohne Wälzanteil mit hoher Effizienz übertragbar.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des schaltbaren Getriebes ist die Getriebeeingangswelle mit einer fünften dieser Drehmomentübertragungseinrichtungen mit einem der Elemente des ersten Planetengetrieberadsatzes selektiv, drehfest verbindbar. Vorzugsweise ist diese fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung als eine formschlüssige Kupplung ausgebildet. Weiter vorzugsweise ist die Getriebeeingangswelle mittels der fünften Drehmomentübertragungseinrichtung mit dem Hohlrad des ersten Planetengetrieberadsatzes selektiv, drehfest verbindbar. Insbesondere durch diese Kopplungsmöglichkeit der Getriebeeingangswelle ist eine besonders günstige Darstellung der Übersetzungsverhältnisse des schaltbaren Getriebes ermöglicht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des schaltbaren Getriebes sind ein drittes Element des zweiten Planetengetrieberadsatzes und ein drittes Element des dritten Planetengetrieberadsatzes jeweils als ein Sonnenrad ausgebildet. Vorzugsweise sind diese beiden Sonnenräder drehfest miteinander verbunden. Weiter vorzugsweise sind diese beiden Sonnenräder mit der Eingangsseite der dritten Drehmomentübertragungseinrichtung drehfest verbunden. Insbesondere durch eine derartige Ausgestaltung der Sonnenräder des zweiten und des dritten Planetengetrieberadsatzes ist ein besonders kompakter Aufbau des schaltbaren Getriebes ermöglicht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des schaltbaren Getriebes ist ein zweites Element des zweiten Planetengetrieberadsatzes als ein Hohlrad ausgebildet. Weiter vorzugsweise ist das Hohlrad des zweiten Planetengetrieberadsatzes drehfest mit dem Planetenradträger des ersten Planetengetrieberadsatzes verbunden. Weiter vorzugsweise sind diese beiden Getriebeelemente mit der Eingangsseite der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung drehfest verbunden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des schaltbaren Getriebes weist das Umlaufgetriebe einen vierten Planetengetrieberadsatz auf. Vorzugsweise ist dieser vierte Planetengetrieberadsatz, bezogen auf die Geometrie des Umlaufgetriebes, vor dem ersten bis dritten Planetengetrieberadsatzes angeordnet, vorzugsweise auf der Seite der Getriebeeingangswelle. Weiter vorzugsweise weist das schaltbare Getriebe zum Zuführen einer weiteren Antriebsleistung einen weiteren Antriebsmotor auf, welcher vorzugsweise mit diesem vierten Planetengetrieberadsatz koppelbar ist, beziehungsweise ist dieser mit einem Element dieses Planetengetrieberadsatzes verbindbar.
  • Vorzugsweise ist ein erstes Element des vierten Planetengetrieberadsatzes mit der Getriebeeingangswelle drehfest verbindbar oder ist vorzugsweise mit dieser drehfest verbunden. Vorzugsweise ist der weitere Antriebsmotor als elektromechanischer Energiewandler und bevorzugt als Elektromotor/-generator ausgebildet und zum Bereitstellen von Antriebsleistung zum Überwinden von Fahrwiderständen eines Kraftfahrzeugs eingerichtet beziehungsweise insbesondere zum Synchronisieren von einer der Drehmomentübertragungseinrichtungen.
  • Bei einem Gangwechsel des Getriebes, also insbesondere einer Schaltung von N nach (N+1) oder umgekehrt, bleibt gewöhnlicher Weise eine der Drehmomentübertragungseinrichtungen geschlossen. Dabei ist unter geschlossen zu verstehen, dass ein Drehmoment durch diese übertragbar ist. Weiter wird eine zweite der Drehmomentübertragungseinrichtung geschlossen, welche zum Herstellen der Drehmomentübertragung von der Getriebeeingangswelle zur Getriebeausgangswelle in dem einzulegenden Gang notwendig ist. Vorzugsweise zeitgleich oder zeitversetzt, zum Schließen dieser zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung wird eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung geöffnet, welche zum Herstellen der Drehmomentleitenden Verbindung zwischen der Getriebeeingangswelle und der Getriebeausgangswelle in dem Gang, welcher ausgelegt wird, notwendig war. In solchen Fällen ist die Synchronisierung allein über den Synchronisationsmotor nicht immer möglich (Bsp: für Fälle in denen mit einer Drehmomentübertragungseinrichtung der Synchronisationsmotor mit dem Abtrieb über die Getriebeausgangswelle drehmomentleitend verbunden ist, ist kein andere Drehmomentübertragungseinrichtung mehr mittels des Synchronisationsmotors synchronisierbar), in solchen Fällen ist der weitere Antriebsmotor vorteilhaft zum Synchronisieren von Gängen, beziehungsweise Drehmomentübertragungseinrichtungen, heranziehbar.
  • Weiter vorzugsweise ist ein zweites Element des vierten Planetengetrieberadsatzes mit dem Synchronisationsmotor drehfest verbindbar. Weiter vorzugsweise ist ein drittes Element des vierten Planetengetrieberadsatzes mit dem weiteren Antriebsmotor drehmomentleitend verbindbar.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des schaltbaren Getriebes ist das erste Element des vierten Planetengetrieberadsatzes als ein Planetenradträger mit wenigstens einem Planetenrad ausgebildet. Vorzugsweise ist das zweite Element des vierten Planetengetrieberadsatzes als ein Hohlrad ausgebildet. Vorzugsweise ist das dritte Element des vierten Planetengetrieberadsatzes als Sonnenrad ausgebildet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des schaltbaren Getriebes ist das dritte Element des vierten Planetengetrieberadsatzes, vorzugsweise das Sonnenrad des vierten Planetengetrieberadsatzes, selektiv, drehfest mittels einer sechsten dieser Drehmomentübertragungseinrichtungen, mit dem Getriebegehäuse verbindbar. Vorzugsweise ist die sechste Drehmomentübertragungseinrichtung als eine formschlüssige Bremse ausgebildet. Insbesondere durch die Verwendbarkeit eines Elements des vierten Planetengetrieberadsatzes mit dem Getriebegehäuse ist eine weitere Übersetzungsstufe für das schaltbare Getriebe darstellbar.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des schaltbaren Getriebes ist bei mehreren oder wenigstens bei den zuvor genannten Drehmomentübertragungseinrichtungen (erste bis sechste Drehmomentübertragungseinrichtung) oder bei allen Drehmomentübertragungseinrichtungen im schaltbaren Getriebe, jeweils eine Eingangsseite dieser Drehmomentübertragungseinrichtungen mit dem Synchronisationsmotor drehmomentleitend verbindbar und vorzugsweise ist jeweils eine Eingangsseite dieser Drehmomentübertragungseinrichtungen mit dem Synchronisationsmotor dauerhaft verbunden.
  • Insbesondere durch diese drehmomentleitende Verbindung der Eingangsseite der jeweiligen Drehmomentübertragungseinrichtungen mit dem Synchronisationsmotor ist es ermöglicht, die Drehzahl der Eingangsseite mit der Drehzahl der Ausgangsseite der jeweiligen Drehmomentübertragungseinrichtung zu synchronisieren. Insbesondere die Synchronisierung der Drehzahlen der Eingangs- und der Ausgangsseite derselben Drehmomentübertragungseinrichtung über den Synchronisationsmotor oder über den weiteren Antriebsmotor ermöglicht, die Verwendung formschlüssiger Drehmomentübertragungseinrichtungen und mit dieser Art der Drehmomentübertragungseinrichtung ist eine Effizienzsteigerung für das schaltbare Getriebe erreichbar.
  • Vorzugsweise sind alle Drehmomentübertragungseinrichtungen bei welchen die Eingangsseite drehmomentleitend mit dem Synchronisationsmotor verbunden ist, als formschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtungen ausgebildet. Vorzugsweise sind die Eingangsseiten der als formschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtung ausgebildeten Drehmomentübertragungseinrichtungen, vorzugsweise aber wenigstens 2, bevorzugt eine Vielzahl und besonders bevorzugt alle dieser Eingangsseiten, ständig, bzw. dauerhaft, drehmomentleitend mit dem Synchronisationsmotor verbunden.
  • Vorzugsweise sind die Ausgangsseiten der zuvor genannten formschlüssigen Drehmomentübertragungseinrichtung/-en ständig bzw. dauerhaft drehmomentleitend mit der Getriebeeingangswelle, der Getriebeausgangswelle oder dem Getriebegehäuse verbunden.
  • Insbesondere wenn an der Getriebeeingangswelle und der Getriebeausgangswelle eine Drehzahl vorgegeben ist, welche von Null verschieden ist (stillstandsfreie Veränderung des Übersetzungsverhältnisses) ist durch diese Ankopplung der formschlüssigen Drehmomentübertragungseinrichtungen mittels des Synchronisationsmotors oder des weiteren Antriebsmotors ein Synchronisieren der Drehzahl der Eingangsseite mit der Drehzahl der Ausgangsseite dieser Drehmomentübertragungseinrichtung ermöglicht.
  • Unter einer formschlüssigen Drehmomentübertragungseinrichtung ist vorzugsweise eine Klauenkupplung/-bremse oder bevorzugt eine Schiebemuffenverbindung zu verstehen. Formschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtungen als solche, sind aus dem Stand der Technik bekannt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des schaltbaren Getriebes sind das Hohlrad des ersten Planetengetrieberadsatzes und das Hohlrad des vierten Planetengetrieberadsatzes drehfest miteinander verbunden. Bezogen auf die geometrische Anordnung ist der vierte Planetengetrieberadsatz vorzugsweise vor dem ersten Planetengetrieberadsatz, also insbesondere auf der gegenüberliegenden Seite bezogen auf den dritten Planetengetrieberadsatz, angeordnet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des schaltbaren Getriebes ist, bezogen auf die geometrische Anordnung der Planetengetrieberadsätze in axialer Richtung, in Richtung von der Getriebeeingangswelle zur Getriebeausgangswelle, der erste Planetengetrieberadsatz vor dem zweiten Planetengetrieberadsatz angeordnet und der zweite Planetengetrieberadsatz ist vor dem dritten Planetengetrieberadsatz angeordnet. Insbesondere durch eine derartige Anordnung der Planetengetrieberadsätze ist eine besonders kompakte Bauform des schaltbaren Getriebes erreichbar.
  • Vorzugsweise ist der Synchronisationsmotor über das Synchronisieren der formschlüssigen Drehmomentübertragungseinrichtungen auch als Motor zum Bereitstellen von Antriebsleistung zum Überwinden von Fahrwiderständen des Kraftfahrzeugs eingerichtet. Weiter vorzugsweise ist der weitere Antriebsmotor über das Bereitstellen einer Antriebsleistung zum Überwinden von Fahrwiderständen hinaus auch für das Synchronisieren wenigstens einer der Drehmomentübertragungseinrichtungen eingerichtet. Insbesondere durch diese Ausgestaltung ist eine besonders hohe Antriebsleistung bereitstellbar.
  • Nachfolgend sind Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung anhand der teilweise schematisierten Figuren dargestellt, dabei zeigt:
    • 1: einen Längsschnitt durch ein schaltbares Getriebe bei dem das Umlaufgetriebe aus 3 Planetengetrieberadsätzen besteht,
    • 2: einen Längsschnitt durch ein schaltbares Getriebe bei dem das Umlaufgetriebe aus 4 Planetengetrieberadsätzen besteht,
    • 3: ein Schaltungsschema für ein schaltbares Getriebe, wie dieses in 2 dargestellt ist.
  • In 1 ist eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform des schaltbaren Getriebes dargestellt. Das schaltbare Getriebe weist eine Getriebeeingangswelle 1 und eine Getriebeausgangswelle 2 auf. Die Antriebsleistung wird von der Getriebeeingangswelle 1 mittels eines Umlaufgetriebes mit 3 Planetengetrieberadsätze (5, 6, 7) auf die Getriebeausgangswelle 2 übertragen. Dabei ist das Übersetzungsverhältnis zwischen den Getriebewellen 1 und 2 durch die selektive Kopplung unterschiedlicher Getriebeelemente des Umlaufgetriebes (5, 6, 7) mittels mehrerer formschlüssiger Drehmomentübertragungseinrichtungen (10, 11, 12, 13, 14) in diskreten Übersetzungsstufen veränderbar.
  • Durch den Synchronisationsmotor 8, welcher dauerhaft und drehmomentleitend mit den Eingangsseiten 10.E, 11.E, 12.E, 13.E und 14.E der Drehmomentübertragungseinrichtungen (10, 11, 12, 13, 14) verbunden ist, ist die Synchronisation der Drehzahl der jeweiligen Eingangsseite der Drehmomentübertragungseinrichtungen mit der Drehzahl von deren Ausgangsseite ermöglicht. Die Getriebetopologie, welche nachfolgend erläutert ist, ist dabei so gestaltet, dass für sämtliche Planetengetrieberadsätze durch Drehzahlvorgabe an den Getriebewellen 1, 2 und durch den Synchronisationsmotor 8, sich ein kinematisch eindeutiger Zustand ergibt und so die Synchronisation der Drehmomentübertragungseinrichtungen durch den Synchronisationsmotor ermöglicht ist und dadurch der Einsatz formschlüssiger Drehmomentübertragungseinrichtungen und damit eine Effizienzsteigerung des schaltbaren Getriebes.
  • An der Getriebeeingangswelle 1 ist beispielsweise ein Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) angekoppelt, vorzugsweise mittels eines Drehmomentwandlers oder einer Anfahrkupplung (nicht dargestellt). Im Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeugs gibt ein solcher Verbrennungsmotor eine Drehzahl für die Getriebeeingangswelle 1 vor. Auch die Getriebeausgangswelle 2 rotiert, soweit sich das Kraftfahrzeug bewegt, mit einer von der Fahrgeschwindigkeit abhängigen Drehzahl. Werden in diesem Zustand Schaltungen in dem schaltbaren Getriebe durchgeführt, also stillstandsfreie Schaltungen, so müssen die formschlüssigen Drehmomentübertragungseinrichtungen synchronisiert werden.
  • Soll nun die erste Drehmomentübertragungseinrichtung 10, welche als Bremse ausgeführt ist, geschlossen werden, so muss die Drehzahl der Eingangsseite 10. E dieser auf 0 geregelt werden, da die Drehzahl des Getriebegehäuses und damit der Ausgangsseite dieser Drehmomentübertragungseinrichtung 10 logischerweise Null ist. Über den Synchronisationsmotor 8 wird dazu das Hohlrad 5.2 des ersten Planetengetrieberadsatzes 5 angetrieben. Das Sonnenrad 5.3 des ersten Planetengetrieberadsatzes 5 ist mit dem Getriebegehäuse 4 drehfest verbunden und die vom Synchronisationsmotor 8 abgegebene Drehzahl wird über den Planetenradträger mit Planetenrad 5.1 des ersten Planetengetrieberadsatzes 5 auf das Hohlrad 6.2 des zweiten Planetengetrieberadsatzes 6 übertragen. Der Planetenradträger mit Planetenrad 6.1 des zweiten Planetengetrieberadsatzes 6 ist mit der Getriebeeingangswelle 1 drehfest verbunden und rotiert mit der Drehzahl dieser, dadurch ergibt sich eine eindeutige Drehzahl für das Sonnenrad 6.3.
  • Die Drehzahl des Sonnenrads 7.3 des dritten Planetengetrieberadsatzes 7 entspricht der Drehzahl des Sonnenrads 6.3, da diese drehfest miteinander verbunden sind. Die Drehzahl des Planetenradträgers mit Planetenrad 7.1 des dritten Planetenradsatzes 7 ist durch die Getriebeausgangswelle 2 vorgegeben, welche mit dem Radantrieb gekoppelt ist und dadurch ergibt sich eine eindeutige Drehzahl für das Hohlrad 7.2 des dritten Planetengetrieberadsatzes 7, welches mit der Eingangsseite 10.E der ersten Drehmomentübertragungseinrichtung drehfest verbunden ist und diese Drehzahl wird zum Betätigen dieser durch den Synchronisationsmotor 8 auf Null geregelt.
  • Auch die Eingangsseite 11.E der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung 11 ist drehmomentleitend und dauerhaft mit dem Synchronisationsmotor 8 verbunden und daher kann deren Drehzahl mit der Drehzahl der Ausgangsseite der gleichen Drehmomentübertragungseinrichtung 11 synchronisiert werden. Die Ausgangsseite der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung 11 ist mit der Getriebeausgangswelle 2 drehfest verbunden und weist deren Drehzahl auf. Der Synchronisationsmotor 8 gibt seine Drehzahl über das Hohlrad 5.2 des ersten Planetengetrieberadsatzes 5 ab. Das Sonnenrad 5.3 dieses Planetengetrieberadsatzes ist mit dem Getriebegehäuse 4 drehfest verbunden. Die Drehzahl des Synchronisationsmotors 8 wird daher auf den Planetenradträger mit Planetenrad 5.1 übertragen, dieser ist drehfest mit der Eingangsseite 11.E verbunden und so kann die Drehzahl der Eingangsseite 11.E mit der Ausgangsseite der gleichen Drehmomentübertragungseinrichtung 11 synchronisiert werden.
  • Die Ausgangsseite der dritten Drehmomentübertragungseinrichtung 12 ist mit der Getriebeeingangswelle 1 drehfest verbunden. Zum Synchronisieren der Drehzahl der Eingangsseite 12.E dieser Drehmomentübertragungseinrichtung mit der Drehzahl von deren Ausgangsseite gibt der Synchronisationsmotor 8 in der zuvor beschriebenen Art und Weise eine Drehzahl an den Planetenradträger mit Planetenrad 5.1 ab, dieser ist mit dem Hohlrad 6.2 des zweiten Planetengetrieberadsatzes 6 drehfest verbunden. Der Planetenradträger mit Planetenrad 6.1 des zweiten Planetengetrieberadsatzes 6 weist die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 1 auf, durch die Drehzahlvorgabe an dem Hohlrad 6.2 und den Planetenradträger mit Planetenrad 6.1 ergibt sich eine eindeutige Drehzahl für das Sonnenrad 6.3 des zweiten Planetengetrieberadsatzes 6. Das Sonnenrad 6.3 ist drehfest mit der Eingangsseite 12.E der dritten Drehmomentübertragungseinrichtung 12 verbunden und so lässt sich die Drehzahl dieser mit der Drehzahl der Ausgangsseite der gleichen Drehmomentübertragungseinrichtung 12 durch den Synchronisationsmotor 8 synchronisieren.
  • Ebenso ist die Eingangsseite 13.E der vierten Drehmomentübertragungseinrichtung 13 dauerhaft und drehmomentleitend mit dem Synchronisationsmotor 8 verbunden. Die Eingangsseite 13. E der vierten Drehmomentübertragungseinrichtung 13 ist drehfest mit der Eingangsseite 12.E der dritten Drehmomentübertragungseinrichtung 12 verbunden. Die Ausgangsseite der vierten Drehmomentübertragungseinrichtung 13 ist mit der Getriebeausgangswelle 2 drehfest verbunden. Mittels des Synchronisationsmotors 8 kann somit die Drehzahl der Eingangsseite 13. E der vierten Drehmomentübertragungseinrichtung 13 mit der Drehzahl der Ausgangsseite derselben Drehmomentübertragungseinrichtung durch den Synchronisationsmotor 8 synchronisiert werden.
  • Die fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung 14, bzw. deren Eingangsseite 14.E ist nicht nur drehmomentleitend mit dem Synchronisationsmotor 8 verbunden, sondern sogar drehfest mit diesem. Die Ausgangsseite der fünften Drehmomentübertragungseinrichtung 14 ist mit der Getriebeeingangswelle 1 drehfest verbunden. Durch den Synchronisationsmotor 8 ist somit ein besonders einfaches synchronisieren der Drehzahl der Eingangsseite 14.E der fünften Drehmomentübertragungseinrichtung 14 mit deren Ausgangsseite ermöglicht.
  • In 2 ist ein Längsschnitt eines schaltbaren Getriebes mit einem zusätzlichen vierten Planetengetrieberadsatz 16 dargestellt. Dieser Planetengetrieberadsatz 16 weist einen Planetenradträger mit Planetenrad 16.1, ein Hohlrad 16.2 und ein Sonnenrad 16.3 auf. Die Getriebestruktur betreffend den Synchronisationsmotor 8 sowie den ersten Planetengetrieberadsatz 5, den zweiten Planetengetrieberadsatz 6 und den dritten Planetengetrieberadsatz 7 sowie die in diesem angeordneten Drehmomentübertragungseinrichtungen (10, 11, 12, 13, 14) entspricht dabei der bereits in 1 erläuterten Getriebestruktur.
  • Das Hohlrad 16.2 des vierten Planetengetrieberadsatzes 16 ist drehfest mit dem Synchronisationsmotor 8 verbunden. Das Sonnenrad 16.3 dieses Planetengetrieberadsatzes ist mit dem weiteren Antriebsmotor 9 drehfest verbunden. Weiter ist dieses Sonnenrad 16.3 drehfest mit der Eingangsseite 15.E der sechsten Drehmomentübertragungseinrichtung 15 verbunden, dabei ist diese Drehmomentübertragungseinrichtung 15 als Bremse ausgebildet und deren Ausgangsseite ist drehfest mit dem Getriebegehäuse 4 verbunden.
  • Die Eingangsseite 15.E kann mittels des Synchronisationsmotors 8 auf Drehzahl Null geregelt werden. Der Synchronisationsmotor 8 gibt seine Drehzahl an das Hohlrad 16.2 des vierten Planetengetrieberadsatzes ab. Der Planetenradträger mit Planetenrad 16.1 des vierten Planetengetrieberadsatzes ist drehfest mit der Getriebeeingangswelle 1 verbunden und weist daher deren Drehzahl auf. Durch die Drehzahlvorgabe am Hohlrad 16.2 und am Planetenradträger 16.1, stellt sich eine eindeutige Drehzahl des Sonnenrades 16.3 ein. Da das Sonnenrad 16.3 drehfest mit der Eingangsseite 15.E verbunden ist, ist die Drehzahl dieser über den Synchronisationsmotor 8 einstellbar.
  • Über den weiteren Antriebsmotor 9 kann zusätzlich Antriebsleistung in das schaltbare Getriebe eingebracht werden und so ist auf besonders einfache Art und Weise ein Hybridantrieb also das Zusammenwirken aus dem nicht dargestellten Verbrennungsmotor und diesem weiterem Antriebsmotor 9 ermöglicht. Eine Hybridisierung ist auch über den Synchronisationsmotor alleine oder zusätzlich zum weiteren Antriebsmotor ermöglicht.
  • In 3 ist ein Schaltungsschema für acht unterschiedliche Übersetzungsstufen bzw. Gänge des in 2 dargestellten schaltbaren Getriebes mit Synchronisationsmotor 8 und weiteren Antriebsmotor 9 dargestellt. Dabei sind in den Zeilen die für das darstellen eines Ganges (Übersetzungsverhältnis) zu betätigenden Drehmomentübertragungseinrichtungen durch ein X gekennzeichnet. Ein X bedeutet in der in 3 gezeigten Darstellung, dass von der jeweiligen Drehmomentübertragungseinrichtung ein Drehmoment übertragbar (formschlüssige Verbindung zwischen Eingangs- und Ausgangsseite hergestellt) ist. Die erste Drehmomentübertragungseinrichtung 10 sowie die sechste Drehmomentübertragungseinrichtung 15 sind mit dem Zusatz (Br) versehen, dies soll verdeutlichen, dass diese Drehmomentübertragungseinrichtungen (10, 15) als Bremse ausgeführt sind.
  • Sämtliche Drehmomentübertragungseinrichtungen 10 bis 15 sind vorzugsweise als formschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtungen ausgebildet, da diese wie zuvor erläutert über den Synchronisationsmotor 8 und teilweise über den weiteren Antriebsmotor 9 synchronisierbar sind. Es hat sich als vorteilhaft gezeigt, bei einzelnen Gangschaltungen auch den weiteren Antriebsmotor zur Synchronisierung von Gängen heranzuziehen.
  • Unabhängig von andern Ausgestaltungen des schaltbaren Getriebes hat es sich gezeigt, dass einzelne Drehmomentübertragungseinrichtungen auch als reibschlüssige oder als reib-/formschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtung, wie beispielsweise eine Konussynchronisierung, ausgebildet sein können und so die Steuerbarkeit des schaltbaren Getriebes vereinfacht ist. Mit einer solchen Gestaltung ist eine vereinfachte Steuerung des Getriebes ermöglicht, da nicht sämtliche Gänge mittels des Synchronisationsmotors beziehungsweise des weiteren Antriebsmotors synchronisiert werden müssen.
  • Bei einem Gangwechsel bleibt gewöhnlicher Weise eine der Drehmomentübertragungseinrichtungen geschlossen, während eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung geschlossen und zeitgleich oder zeitversetzt zu dieser eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung geschlossen wird. In solchen Fällen ist die Synchronisierung allein über den Synchronisationsmotor nicht immer möglich (Bsp: Drehmomentübertragungseinrichtung 11 geschlossen, dann ist der Synchronisationsmotor 8 mit der Getriebeausgangswelle 2 gekoppelt und kann keine andere Drehmomentübertragungseinrichtung mehr synchronisieren), in solchen Fällen kann der weitere Antriebsmotor 9 zum Synchronisieren von Gängen beziehungsweise Drehmomentübertragungseinrichtungen herangezogen werden.
  • Deswegen wird für diverse Schaltvorgänge auch der als E-Maschine ausgebildete weitere Antriebsmotor 9 als zusätzlicher Synchronisationsmotor verwendet.
  • Für die Gänge „2“ und „7“ ist die sechste Drehmomentübertragungseinrichtung 15 betätigt, dies bedeutet, dass über den weiteren Antriebsmotor 9 keine Antriebsleistung an das schaltbare Getriebe abgebbar ist. Ein elektrischer Antrieb des Kraftfahrzeugs kann in diesen Fällen alleine über den Synchronisationsmotor 8 erfolgen.
  • Mit anderen Worten ausgedrückt, die Erfindung umfasst eine Hybrid-Getriebetopologie, bei der der Synchronisationsmotor und der weitere Antriebsmotor funktional im Getriebe integriert sind.
  • Das Getriebe bietet in der dargestellten Ausführungsform mit vier Planentenradsätzen 8-Gangstufen. Es besteht aus drei oder vier Planetengetrieberadsätzen und sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen (10 - 15). Dabei sind die Drehmomentübertragungseinrichtungen 12, 13 und 14 so angeordnet, dass sie jeweils zwei Elemente eines Planetengetrieberadsatzes verbinden können. Werden sie geschlossen, dann läuft der jeweilige Planetenradsatz im Block um. Der gleiche Effekt kann erzielt werden, wenn zwei andere Elemente eines Planetengetrieberadsatzes miteinander gekoppelt werden. Diese Varianten sind als gleichwertig anzusehen.
    Des Weiteren sind der Synchronisationsmotor und der weitere Antriebsmotor als zwei elektrische Maschinen (8, 9) in das Umlaufgetriebe (5, 6, 7, 16) integriert. In den festen Übersetzungsstufen können diese für hybride Funktionen genutzt werden. Darüber hinaus können diese für zugkraftunterbrechungsfreie Gangwechsel (mindestens zwischen direkt benachbarten Gängen) genutzt werden. Dadurch ist es möglich die üblicherweise verwendeten reibschlüssigen Drehmomentübertragungseinrichtungen durch formschlüssige zu ersetzen.
  • Die formschlüssigen Drehmomentübertragungseinrichtungen übernehmen nur noch die Gangbildung und bieten im Wesentlichen folgende Vorteile:
    • • keine Schleppverluste im offenen Zustand.
    • • keine Wärmeentwicklung während der Schaltungen.
    • • reduzierte Hydraulikanforderungen, da kein dauerhafter oder zumindest nur ein sehr geringer Druck zum geschlossen halten der Drehmomentübertragungseinrichtung aufgebracht werden muss.

Claims (13)

  1. Schaltbares Getriebe für ein Kraftfahrzeug zum Verändern des Übersetzungsverhältnisses zwischen einer Getriebeeingangs- (1) und einer Getriebeausgangswelle (2) mit einem Synchronisationsmotor (8), einem Umlaufgetriebe mit einer Mehrzahl von Planetengetrieberadsätzen (5, 6, 7, 16), einem Getriebegehäuse (4) und mit einer Mehrzahl an Drehmomentübertragungseinrichtungen (10, 11, 12, 13, 14, 15), welche zum stillstandsfreien Verändern dieses Übersetzungsverhältnisses eingerichtet sind, wobei die Getriebeeingangswelle (1) mit einer Primärantriebsmaschine zur Aufnahme einer Antriebsleistung koppelbar ist und die Getriebeeingangswelle (1) beim stillstandsfreien Verändern des Übersetzungsverhältnisses eine von Null verschiedene Getriebeeingangsdrehzahl aufweist und, wobei die Getriebeausgangswelle zum Abgeben dieser Antriebsleistung zu einem Radantrieb eingerichtet und mit diesem gekoppelt ist, wobei von mehr als einer der Drehmomentübertragungseinrichtungen (10, 11, 12, 13, 14, 15)jeweils eine Eingangsseite (10.E, 11.E, 12.E, 13.E, 14.E, 15.E) dieser mit dem Synchronisationsmotor (8) drehmomentleitend verbunden ist, so dass beim stillstandsfreien Verändern des Übersetzungsverhältnisses die Drehzahl der Eingangsseite (10.E, 11.E, 12.E, 13.E, 14.E, 15.E) mit einer Drehzahl einer Ausgangsseite der gleichen Drehmomentübertragungseinrichtung (10, 11, 12, 13, 14, 15), mittels des Synchronisationsmotors (8), synchronisierbar ist und dass eine Mehrzahl dieser Drehmomentübertragungseinrichtungen (10, 11, 12, 13, 14, 15) als formschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtungen ausgebildet sind, wobei die Mehrzahl von Planetengetrieberadsätzen (5, 6, 7, 16) einen ersten (5), zweiten (6) und dritten (7) Planetengetrieberadsatz aufweist oder aus diesen besteht und dass der Synchronisationsmotor (8) mit einem zweiten Element (5.2) des ersten Planetengetrieberadsatzes (5) drehfest verbunden ist und wobei ein drittes Element (5.3) des ersten Planetengetrieberadsatzes (5) mit dem Getriebegehäuse (4) drehfest verbunden ist und wobei ein erstes Element (5.1) des ersten Planetengetrieberadsatzes (5) mit der Getriebeausgangswelle (2) selektiv, drehfest verbindbar ist und wobei die Getriebeeingangswelle (1) mit einem ersten Element (6.1) des zweiten Planetengetrieberadsatzes (6) drehfest verbunden ist und wobei die Getriebeausgangswelle (2) mit einem ersten Element (7.1) des dritten Planetengetrieberadsatzes (7) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Element (5.3) des ersten Planetengetrieberadsatzes (5) ein Sonnenrad ist, dass das zweite Element (5.2) des ersten Planetengetrieberadsatzes (5) ein Hohlrad ist und dass das erste Element (5.1, 6.1, 7.1) des ersten (5), des zweiten (6) und des dritten (7) Planetengetrieberadsatzes jeweils ein Planetenradträger ist.
  2. Schaltbares Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Element (7.2) des dritten Planetengetrieberadsatzes (7) ein Hohlrad ist und dass dieses Hohlrad (7.2) mit einer ersten dieser Drehmomentübertragungseinrichtungen (10) mit dem Getriebegehäuse (4) selektiv, drehfest verbindbar ist.
  3. Schaltbares Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradträger (5.1) des ersten Planetengetrieberadsatzes (5) mit einer zweiten dieser Drehmomentübertragungseinrichtungen (11) mit dem Planetenradträger (7.1) des dritten Planetengetrieberadsatzes (7) selektiv, drehfest verbindbar ist.
  4. Schaltbares Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradträger (6.1) des zweiten Planetengetrieberadsatzes (6) mit einer dritten dieser Drehmomentübertragungseinrichtungen (12) mit einem weiteren Element (6.2, 6.3) des zweiten Planetengetrieberadsatzes (6) selektiv, drehfest verbindbar ist.
  5. Schaltbares Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer vierten dieser Drehmomentübertragungseinrichtungen (13) der Planetenradträger (7.1) des dritten Planetengetrieberadsatzes (7) mit einem weiteren Element (7.2, 7.3) dieses Planetengetrieberadsatzes (7) selektiv, drehfest verbindbar ist.
  6. Schaltbares Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (1) mit einer fünften dieser Drehmomentübertragungseinrichtungen (14) mit einem der Elemente (5.1, 5.2, 5.3) des ersten Planetengetrieberadsatzes (5) selektiv, drehfest verbindbar ist.
  7. Schaltbares Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (1) mit der fünften Drehmomentübertragungseinrichtung (14) mit dem Hohlrad (5.2) des ersten Planetengetrieberadsatzes (5) selektiv, drehfest verbindbar ist.
  8. Schaltbares Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes Element (6.3, 7.3) des zweiten Planetengetrieberadsatzes (6) und des dritten Planetengetrieberadsatzes (7) jeweils ein Sonnenrad (6.3, 7.3) ist und dass diese beiden Sonnenräder (6.3, 7.3) drehfest miteinander verbunden sind.
  9. Schaltbares Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Element (6.2) des zweiten Planetengetrieberadsatzes (6) ein Hohlrad (6.2) ist und dass dieses Hohlrad (6.2) drehfest mit dem Planetenradträger (5.1) des ersten Planetengetrieberadsatzes (5) verbunden ist.
  10. Schaltbares Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlaufgetriebe einen vierten Planetengetrieberadsatz (16) aufweist und einen weiteren Antriebsmotor (9), dass ein erstes Element (16.1) des vierten Planetengetrieberadsatzes (16) mit der Getriebeeingangswelle (1) drehfest verbunden ist, dass ein zweites Element (16.2) des vierten Planetengetrieberadsatzes (16) mit dem Synchronisationsmotor (8) drehfest verbunden ist und, dass ein drittes Element (16.3) des vierten Planetengetrieberadsatzes (16) mit dem weiteren Antriebsmotor (9) drehfest verbunden ist.
  11. Schaltbares Getriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer sechsten Drehmomentübertragungseinrichtung (15) das dritte Element (16.3) des vierten Planetengetrieberadsatzes (16) mit dem Getriebegehäuse (4) selektiv, drehfest verbindbar ist.
  12. Schaltbares Getriebe nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (16.1) des vierten Planetengetrieberadsatzes (16) ein Planetenradträger ist, dass das zweite Element (16.2) des vierten Planetengetrieberadsatzes (16) ein Hohlrad ist und dass das dritte Element (16.3) des vierten Planetengetrieberadsatzes (16) ein Sonnenrad ist.
  13. Schaltbares Getriebe nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (5.2) des ersten Planetengetrieberadsatzes (5) und das Hohlrad (16.2) des vierten Planetengetrieberadsatzes (16) drehfest miteinander verbunden sind.
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