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Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Getriebeeingang und einen Getriebeausgang, sowie einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Planetenradsatz, wobei die Planetenradsätze jeweils mehrere Elemente umfassen, wobei ein erstes, ein zweites, ein drittes, ein viertes, ein fünftes und ein sechstes Schaltelement vorgesehen sind, durch deren selektive Betätigung unterschiedliche Kraftflussführungen über die Planetenradsätze unter Schaltung unterschiedlicher Gänge zwischen Getriebeeingang und Getriebeausgang darstellbar sind, wobei das erste Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbunden und gemeinsam über das erste Schaltelement an einem drehfesten Bauelement festsetzbar sind, an welchem auch das dritte Element des ersten Planetenradsatzes mittels des zweiten Schaltelements festsetzbar ist, wobei das zweite Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem dritten Element des vierten Planetenradsatzes in Verbindung steht, dessen zweites Element drehfest mit dem Getriebeausgang verbunden ist.
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Vorliegend bezeichnet ein Getriebe also ein mehrgängiges Getriebe, d. h. es sind mehrere unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse als Gänge zwischen dem Getriebeeingang und dem Getriebeausgang 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
US 8,545,362 B1 geht ein Getriebe hervor, welches vier Planetenradsätze umfasst, die sich jeweils aus mehreren Elementen in Form je eines Sonnenrades, je eines Planetensteges und je eines Hohlrades zusammensetzen. Zudem sind sechs Schaltelemente vorgesehen, durch deren selektive Betätigung unterschiedliche Gänge zwischen einem Getriebeeingang und einem Getriebeausgang des Getriebes dargestellt werden können. Insgesamt können dabei zehn Vorwärtsgänge, sowie ein Rückwärtsgang zwischen dem Getriebeeingang und dem Getriebeausgang geschaltet werden.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Ausgestaltung zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Getriebe mit zehn Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang zwischen einem Getriebeeingang und einem Getriebeausgang 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 11.
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Gemäß der Erfindung umfasst ein Getriebe einen Getriebeeingang und einen Getriebeausgang, sowie einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Planetenradsatz. Dabei umfassen die Planetenradsätze jeweils mehrere Elemente und dienen dem Führen eines Kraftflusses vom Getriebeeingang zum Getriebeausgang. Ferner sind sechs Schaltelemente vorgesehen, wobei durch selektive Betätigung von je vier der Schaltelemente unterschiedliche Kraftflussführungen über die Planetenradsätze unter Schaltung unterschiedlicher Gänge zwischen Getriebeeingang und Getriebeausgang darstellbar sind.
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Im Sinne der Erfindung ist der Getriebeeingang bevorzugt an einem Ende einer Antriebswelle ausgebildet, über welche eine Antriebsbewegung in das Getriebe eingeleitet wird. Der Getriebeausgang kann im Rahmen der Erfindung am Ende einer Abtriebswelle definiert sein, über welche die entsprechend des jeweils geschalteten Ganges übersetzte Antriebsbewegung aus dem Getriebe herausgeführt wird. Der Getriebeausgang kann aber auch durch die Verzahnung eines Zahnrades gebildet sein, an welchem die übersetzte Antriebsbewegung abgreifbar ist.
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Unter einer „Welle“ ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches je zugehörige Komponenten des Getriebes axial und/oder radial drehfest miteinander verbunden sind oder über das eine derartige Verbindung bei Betätigung eines entsprechenden Schaltelements herstellbar ist. So kann die jeweilige Welle auch als Zwischenstück vorliegen, über welches eine jeweilige Komponente zum Beispiel radial mit dem Getriebeausgang verbunden wird.
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Mit „axial“ ist im Sinne der Erfindung eine Orientierung in Richtung einer Getriebeeingangsachse gemeint, entlang welcher die Planetenradsätze koaxial zueinander liegend angeordnet sind. Unter „radial“ ist dann eine Orientierung in Durchmesserrichtung einer auf der Getriebeeingangsachse liegenden Welle zu verstehen.
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Die Planetenradsätze sind in axialer Richtung bevorzugt in der Reihenfolge erster Planetenradsatz, zweiter Planetenradsatz, dritter Planetenradsatz und vierter Planetenradsatz angeordnet. Prinzipiell könnte im Rahmen der Erfindung aber auch eine anderweitige Anordnung getroffen sein.
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Bei dem erfindungsgemäßen Getriebe sind das erste Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbunden und können gemeinsam über das erste Schaltelement an einem drehfesten Bauelement festgesetzt werden, an welchem auch das dritte Element des ersten Planetenradsatzes mittels des zweiten Schaltelements festsetzbar ist. Des Weiteren steht das zweite Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem dritten Element des vierten Planetenradsatzes in Verbindung, dessen zweites Element drehfest mit dem Getriebeausgang verbunden ist.
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Bei den drehfesten Bauelementen des Getriebes handelt es sich erfindungsgemäß um permanent stillstehende Komponenten des Getriebes, bevorzugt um ein Getriebegehäuse oder einen Teil eines derartigen Getriebegehäuses bzw. Komponenten, die fest mit dem Getriebegehäuse verbunden sind. Durch das Festsetzen des ersten Elements des ersten Planetenradsatzes und des ersten Elements des zweiten Planetenradsatzes an einem drehfesten Bauelement bei Betätigung des ersten Schaltelements werden in der Folge dann auch beide Elemente an einer Rotation gehindert. Ebenso verhält es sich im Falle des dritten Elements des zweiten Planetenradsatzes bei Schließen des zweiten Schaltelements.
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Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass der Getriebeeingang drehfest mit dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes verbunden ist und über das dritte Schaltelement drehfest mit dem ersten Element des vierten Planetenradsatzes in Verbindung gebracht werden kann, welches ferner mittels des vierten Schaltelements drehfest mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes verbindbar ist. Das dritte Element des dritten Planetenradsatzes kann zudem über das fünfte Schaltelement drehfest mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes in Verbindung gebracht werden, welches ferner mittels des sechsten Schaltelements drehfest mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes und dem dritten Element des vierten Planetenradsatzes verbunden werden kann. Schließlich sind das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes und das zweite Element des dritten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbunden.
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Mit anderen Worten stehen bei dem erfindungsgemäßen Getriebe also das erste Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des zweiten Planetenradsatzes permanent drehfest miteinander in Verbindung. Ebenso sind auch das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das dritte Element des vierten Planetenradsatzes permanent drehfest miteinander verbunden, während das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes permanent drehfest mit dem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes in Verbindung steht. Der Getriebeeingang ist permanent drehfest mit dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes verbunden, wohingegen der Getriebeausgang und das zweite Element des vierten Planetenradsatzes drehfest miteinander in Verbindung stehen.
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Bei Betätigung des ersten Schaltelements werden das erste Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des zweiten Planetenradsatzes gemeinsam an einem drehfesten Bauelement festgesetzt, mit welchem auch das dritte Element des ersten Planetenradsatzes bei Schließen des zweiten Schaltelements drehfest verbunden und damit stillgesetzt wird. Das drehfeste Bauelement kann auch separat ausgeführt sein. Dagegen führt ein Betätigen des dritten Schaltelements zu einer drehfesten Verbindung des Getriebeeingangs mit dem ersten Element des vierten Planetenradsatzes. Letzteres kann zudem durch Schließen des vierten Schaltelements drehfest mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes in Verbindung gebracht werden. Wird das fünfte Schaltelement betätigt, so wird das dritte Element des dritten Planetenradsatzes drehfest mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes in Verbindung gebracht, wobei Letzteres zudem durch Schließen des sechsten Schaltelements drehfest mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes und dem dritten Element des vierten Planetenradsatzes verbunden werden kann.
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Bei dem erfindungsgemäßen Getriebe sind das erste und das zweite Schaltelement als Bremsen gestaltet, die bei Ansteuerung die jeweilige rotierbare Komponente bzw. die drehfest miteinander verbundenen, rotierbaren Komponenten des Getriebes auf Stillstand abbremsen und an einem drehfesten Bauelement festsetzen. Dagegen liegen das dritte, das vierte, das fünfte und das sechste Schaltelement als Kupplungen vor, welche bei Betätigung jeweils die je zugehörigen rotierbaren Komponenten des Getriebes in ihren Drehbewegungen einander angleichen und im Folgenden drehfest miteinander verbinden.
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Bevorzugt ist das erste Schaltelement axial auf einer dem Getriebeeingang zugewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes und radial umliegend zu diesem vorgesehen ist, während das zweite Schaltelement insbesondere in der Radebene des ersten Planetenradsatzes und damit axial im Wesentlichen auf derselben Höhe wie der erste Planetenradsatz liegt. Aufgrund dieser Anordnung ist eine Versorgung des ersten und des zweiten Schaltelements über eine gemeinsame Versorgungsleitung möglich.
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Das dritte Schaltelement, das vierte Schaltelement, das fünfte Schaltelement und das sechste Schaltelement sind insbesondere axial zwischen dem dritten Planetenradsatz und dem vierten Planetenradsatz vorgesehen und liegen dabei weiter bevorzugt axial direkt nebeneinander. Konkret ist hierbei das fünfte Schaltelement axial benachbart zum dritten Planetenradsatz vorgesehen, wobei auf dieses zunächst das sechste Schaltelement, dann das vierte Schaltelement und schließlich das dritte Schaltelement folgen. Zudem sind das dritte Schaltelement, das vierte Schaltelement, das fünfte Schaltelement und das sechste Schaltelement dabei insbesondere radial auf im Wesentlichen derselben Höhe platziert, so dass aufgrund der räumlichen Anordnung eine gemeinsame Versorgung zumindest eines Teils dieser Schaltelemente über eine oder mehrere gemeinsame Versorgungsleitungen möglich ist.
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Eine jeweilige drehfeste Verbindung der rotierbaren Elemente der Planetenradsätze ist erfindungsgemäß bevorzugt über eine oder auch mehrere zwischenliegende Wellen realisiert, die dabei bei räumlich dichter Lage der Element auch als kurze axiale und/oder radiale Zwischenstücke vorliegen können. Konkret können die permanent drehfest miteinander verbundenen Elemente der Planetenradsätze dabei jeweils entweder als drehfest miteinander verbundene Einzelkomponenten oder auch einstückig vorliegen. Im zweitgenannten Fall werden dann die jeweiligen Elemente und die ggf. vorhandene Welle durch ein gemeinsames Bauteil gebildet, wobei dies insbesondere eben dann realisiert wird, wenn die jeweiligen Elemente im Getriebe räumlich dicht beieinander liegen.
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Bei Elementen der Planetenradsätze, die erst durch Betätigung eines jeweiligen Schaltelements drehfest miteinander verbunden werden, wird ebenfalls eine Verbindung über eine oder auch mehrere zwischenliegende Wellen verwirklicht.
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Insgesamt zeichnet sich ein erfindungsgemäßes Getriebe durch eine kompakte Bauweise, geringe Bauteilbelastungen, einen guten Verzahnungswirkungsgrad und geringe Getriebeverluste aus.
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Bei dem erfindungsgemäßen Getriebe können zehn Vorwärtsgänge, sowie ein Rückwärtsgang durch selektives Schließen von je vier Schaltelementen realisiert werden. Dabei wird ein erster Vorwärtsgang durch Betätigen des ersten, des zweiten, des dritten und des vierten Schaltelements geschaltet, während ein zweiter Vorwärtsgang durch Schließen des ersten, des zweiten, des vierten und des fünften Schaltelements gebildet wird. Des Weiteren ergibt sich ein dritter Vorwärtsgang durch Betätigen des zweiten, des dritten, des vierten und des fünften Schaltelements, wohingegen ein vierter Vorwärtsgang durch Betätigen des zweiten, des vierten, des fünften und des sechsten Schaltelements schaltbar ist. Ferner kann ein fünfter Vorwärtsgang durch Schließen des zweiten, des dritten, des fünften und des sechsten Schaltelements dargestellt werden, wobei für die Schaltung eines sechsten Vorwärtsganges das zweite, das dritte, das vierte und das sechste Schaltelement zu betätigen sind. Dagegen ergibt sich ein siebter Vorwärtsgang durch Betätigen des dritten, des vierten, des fünften und des sechsten Schaltelements, während ein achter Vorwärtsgang durch Betätigen des ersten, des dritten, des vierten und des sechsten Schaltelements schaltbar ist. Ein neunter Vorwärtsgang kann durch Betätigen des ersten, des dritten, des fünften und des sechsten Schaltelements geschaltet werden, während für die Schaltung eines zehnten Vorwärtsganges das erste, das vierte, das fünfte und das sechste Schaltelement zu schließen sind. Hingegen ergibt sich der Rückwärtsgang durch Betätigen des ersten, des zweiten, des vierten und des sechsten 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. Dadurch, dass zudem in jedem Gang vier der insgesamt sechs Schaltelemente jeweils geschlossen sind, können Verluste von geöffneten Schaltelementen niedrig gehalten werden.
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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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Es ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung, dass der jeweilige Planetenradsatz als Minus-Planetenradsatz 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 Minus-Planetensatz setzt sich auf dem Fachmann prinzipiell bekannte Art und Weise aus den Elementen Sonnenrad, Planetensteg und Hohlrad zusammen, wobei der Planetensteg mindestens ein bevorzugt aber mehrere Planetenräder führt, die im Einzelnen jeweils sowohl mit dem Sonnenrad, als auch dem umliegenden Hohlrad kämmen. Von den vier Planetenradsätzen sind dann ein oder mehrere Planetenradsätze als derartige Minus-Planetensätze gestaltet. Besonders bevorzugt liegen aber der erste, der zweite und der vierte Planetenradsatz als Minus-Planetensätze vor, wodurch sich ein besonders kompakter Aufbau realisieren lässt.
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Alternativ oder auch ergänzend dazu liegt der jeweilige Planetenradsatz als Plus-Planetensatz 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 Plus-Planetensatz 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 mehrere Planetenradsätze als derartige Plus-Planetensätze ausgeführt sein, wobei es sich insbesondere bei dem dritten Planetenradsatz um einen Plus-Planetensatz handelt.
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Wo es eine Anbindung der einzelnen Elemente zulässt, kann ein Minus-Planetensatz in einen Plus-Planetensatz überführt werden, wobei dann gegenüber der Ausführung als Minus-Planetensatz die Hohlrad- und die Planetensteganbindung miteinander zu tauschen, sowie eine jeweilige Getriebestandübersetzung um eins zu erhöhen ist. Umgekehrt könnte auch ein Plus-Planetensatz durch einen Minus-Planetensatz ersetzt werden, sofern die Anbindung der Elemente des Getriebes dies ermöglicht. Dabei wären dann im Vergleich zu dem Plus-Planetensatz ebenfalls die Hohlrad- und die Planetensteganbindung miteinander zu tauschen, sowie eine jeweilige Getriebestandübersetzung um eins zu reduzieren. Wie bereits erwähnt, sind aber bevorzugt der erste, der zweite und der vierte Planetenradsatz als Minus-Planetensätze ausgeführt, während der dritte Planetenradsatz insbesondere als Plus-Planetensatz vorliegt.
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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 zweite Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt, wie beispielsweise als Klauenkupplung oder Sperrsynchronisation. Denn das zweite Schaltelement ist an der Darstellung des ersten bis sechsten Vorwärtsganges beteiligt, so dass hier letztendlich nur ein Öffnen im Zuge einer aufeinanderfolgenden Hochschaltung stattfindet. 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.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Getriebeeingang an einer Antriebswelle und der Getriebeausgang an einer Abtriebswelle ausgebildet, wobei die Antriebswelle und die Abtriebswelle koaxial zueinander liegen. Hierbei ist der Getriebeeingang bevorzugt an einem axialen Ende des Getriebes vorgesehen, während der Getriebeausgang axial an einem hierzu entgegengesetzten Ende des Getriebes ausgestaltet ist. Diese Art der Anordnung eignet sich besonders zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug mit einem in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichteten Antriebsstrang. Alternativ dazu kann der Getriebeausgang aber auch quer zum Getriebeeingang ausgerichtet sein, um einen Aufbau zu verwirklichen, der für einen quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichteten Antriebsstrang geeignet ist. Dabei kann der Getriebeausgang durch eine Verzahnung gebildet sein, welche mit einer Verzahnung einer zur Getriebeeingangsachse achsparallel angeordneten Welle kämmt. Auf dieser Welle kann dann das Achsdifferential einer Antriebsachse angeordnet sein.
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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 einem 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 oder mehrere zwischenliegende Übersetzungsstufen, beispielsweise in Form von Stirnradstufen, oder auch einen Zugmitteltrieb, wie einen Kettentrieb, realisiert sein kann.
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Bevorzugt ist der Rotor der Elektromaschine aber mit dem Getriebeeingang drehfest gekoppelt, wobei hierdurch ein rein elektrisches Fahren des Kraftfahrzeuges auf geeignete Art und Weise dargestellt wird. Weiter bevorzugt werden eines oder mehrere der Schaltelemente als interne Anfahrelemente für das elektrische Fahren verwendet. Hierfür eignen sich insbesondere das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement oder das vierte Schaltelement, da diese jeweils sowohl im Rückwärtsgang, als auch in den ersten beiden Vorwärtsgängen geschlossen sind. Als weitere Alternative kann aber auch eine separate Anfahrkupplung zur Anwendung kommen, welche zwischen der Elektromaschine und dem Getrieberadsatz positioniert ist.
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Für das rein elektrische Fahren 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 könnte aber abgesehen vom Getriebeeingang auch an eines 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 der Getriebeeingang 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 dem Getriebeeingang 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 der Getriebeeingang 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. Das Achsgetriebe bzw. das Längsdifferential kann dabei mit dem Getriebe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Ebenso kann auch ein Torsionsschwingungsdämpfer mit in dieses Gehäuse integriert sein.
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Dass zwei Bauelemente des Getriebes drehfest „verbunden“ bzw. „gekoppelt“ sind bzw. „miteinander in Verbindung stehen“, meint im Sinne der Erfindung eine permanente Verbindung dieser Bauelemente, so dass diese nicht unabhängig voneinander rotieren können. 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 gekoppelt.
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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 durch Betätigen des zwischenliegenden Schaltelements vorgenommen. Dabei bedeutet eine Betätigung des Schaltelements im Sinne der Erfindung, dass das betreffende Schaltelement in einen geschlossenen Zustand überführt wird und in der Folge die hieran unmittelbar angekoppelten Bauelemente in ihren Drehbewegungen aneinander angleicht. Im Falle einer Ausgestaltung des betreffenden Schaltelements als formschlüssiges Schaltelement werden die hierüber unmittelbar drehfest miteinander verbundenen Bauelemente unter gleicher Drehzahl laufen, während im Falle eines kraftschlüssigen Schaltelements auch nach einem Betätigen desselbigen Drehzahlunterschiede zwischen den Bauelementen bestehen können. Dieser gewollte oder auch ungewollte Zustand wird im Rahmen der Erfindung dennoch als drehfeste Verbindung der jeweiligen Bauelemente über das Schaltelement bezeichnet.
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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:
- 1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges, in welchem ein erfindungsgemäßes Getriebe zur Anwendung kommt;
- 2 eine schematische Ansicht eines Getriebes entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung; und
- 4 ein beispielhaftes Schaltschema des Getriebes aus den 2 oder 3.
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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. Das Getriebe G und das Achsgetriebe AG können dabei in einem gemeinsamen Getriebegehäuse zusammengefasst sein, in welches dann auch der Torsionsschwingungsdämpfer TS integriert sein kann. Wie zudem in 1 zu erkennen ist, sind die Verbrennungskraftmaschine VKM, der Torsionsschwingungsdämpfer TS, das Getriebe G und auch das Achsgetriebe AG in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichtet.
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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, einen zweiten Planetenradsatz P2, einen dritten Planetenradsatz P3 und einen vierten Planetenradsatz P4. Jeder der Planetenradsätze P1, P2, P3 und P4 weist je ein erstes Element E11 bzw. E12 bzw. E13 bzw. E14, je ein zweites Element E21 bzw. E22 bzw. E23 bzw. E24 und je ein drittes Element E31 bzw. E32 bzw. E33 bzw. E34 auf. Das jeweilige erste Element E11 bzw. E12 bzw. E13 bzw. E14 ist dabei stets durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 bzw. P3 bzw. P4 gebildet, während beim ersten Planetenradsatz P1, beim zweiten Planetenradsatz P2 und beim vierten Planetenradsatz P4 das jeweilige zweite Element E21 bzw. E22 bzw. E24 als je ein Planetensteg vorliegt. Das jeweils noch verbleibende, dritte Element E31 bzw. E32 bzw. E34 wird dann beim ersten Planetenradsatz P1, beim zweiten Planetenradsatz P2 und beim vierten Planetenradsatz P4 durch ein jeweiliges Hohlrad gebildet. Hingegen handelt es sich im Falle des dritten Planetenradsatzes P3 beim zweiten Element E23 um ein Hohlrad und beim dritten Element E33 um einen Planetensteg.
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Die Planetenradsätze P1, P2 und P4 sind vorliegend also jeweils als Minus-Planetensätze 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. Der dritte Planetenradsatz P3 liegt hingegen als Plus-Planetensatz vor, bei welchem der Planetensteg mindestens ein Planetenradpaar trägt, von dessen Planetenrädern ein Planetenrad mit dem radial innenliegenden Sonnenrad und ein Planetenrad mit dem radial umliegenden Hohlrad im Zahneingriff steht, sowie die Planetenräder des Radpaares untereinander kämmen.
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Dort wo es die Anbindung zulässt, könnten aber einer oder auch mehrere der Planetenradsätze P1, P2 und P4 als Plus-Planetensätze ausgeführt werden. Umgekehrt könnte auch der dritte Planetenradsatz P3, sofern es die Anbindung ermöglicht, als Minus-Planetensatz realisiert sein. Im Vergleich zu einer jeweiligen Ausführung als Minus-Planetensatz müsste dann für die Überführung in einen Plus-Planetensatz das jeweilige zweite Element E21 bzw. E22 bzw. E24 durch das jeweilige Hohlrad und das jeweilige dritte Element E31 bzw. E32 bzw. E34 durch den jeweiligen Planetensteg gebildet und zudem eine jeweilige Getriebestandübersetzung um eins erhöht werden. Hingegen wäre bei einer Umwandlung des Plus-Planetensatzes in einen Minus-Planetensatz das zweite Element E23 als Planetensteg und das dritte Element E33 als Hohlrad auszuführen und die Getriebestandübersetzung um eins zu reduzieren.
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Vorliegend sind der erste Planetenradsatz P1, der zweite Planetenradsatz P2, der dritte Planetenradsatz P3 und der vierte Planetenradsatz P4 axial in der Reihenfolge erster Planetenradsatz P1, zweiter Planetenradsatz P2, dritter Planetenradsatz P3 und vierter Planetenradsatz P4 zwischen einem Getriebeeingang GW1-A und einem Getriebeausgang GW2-A angeordnet.
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Der Getriebeeingang GW1-A und der Getriebeausgang GW2-A sind koaxial zueinander liegend an entgegengesetzten axialen Enden des Getriebes G vorgesehen. Dabei dient der Getriebeeingang GW1-A im Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 1 einer Anbindung an die Verbrennungskraftmaschine VKM, während das Getriebe G an dem Getriebeausgang GW2-A mit dem nachfolgenden Achsgetriebe AG verbunden ist.
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Wie in 2 zu erkennen ist, umfasst das Getriebe G insgesamt sechs Schaltelemente in Form eines ersten Schaltelements B1, eines zweiten Schaltelements B2, eines dritten Schaltelements K1, eines vierten Schaltelements K2, eines fünften Schaltelements K3 und eines sechsten Schaltelements K4. Dabei sind die Schaltelemente B1, B2, K1, K2, K3 und K4 jeweils als kraftschlüssige Schaltelemente ausgeführt und liegen bevorzugt als Lamellenschaltelemente vor. Zudem sind das dritte Schaltelement K1, das vierte Schaltelement K2, das fünfte Schaltelement K3 und das sechste Schaltelement K4 vorliegend als Kupplungen gestaltet, während das erste Schaltelement B1 und das zweite Schaltelement B2 als Bremsen vorliegen.
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Vorliegend sind das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 und das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest miteinander verbunden und können gemeinsam über das erste 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. An einem drehfesten Bauelement GG kann zudem auch das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 durch Schließen des zweiten Schaltelements B2 festgesetzt werden. Dagegen steht das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest mit dem dritten Element E34 des vierten Planetenradsatzes P4 in Verbindung.
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Wie ferner in 2 zu erkennen ist, ist das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 permanent drehfest mit dem zweiten Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 verbunden, während das erste Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 drehfest mit einer Antriebswelle GW1 in Verbindung steht, die an einem axialen Ende den Getriebeeingang GW1-A ausbildet. Durch Schließen des dritten Schaltelements K1 kann die Antriebswelle GW1 zudem drehfest mit dem ersten Element E14 des vierten Planetenradsatzes P4 verbunden werden, wobei das erste Element E14 des vierten Planetenradsatzes P4 ferner durch Schließen des vierten Schaltelements K2 drehfest mit dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 in Verbindung gebracht werden kann.
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Abgesehen von der Verbindbarkeit mit dem ersten Element E14 des vierten Planetenradsatzes P4 über das vierte Schaltelement K2 kann das dritte Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 noch mittels des fünften Schaltelements K3 mit dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest verbunden werden. Mit dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 können auch das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 und das dritte Element E34 des vierten Planetenradsatzes P4 gemeinsam durch Schließen des sechsten Schaltelements K4 drehfest verbunden werden. Schließlich ist noch das zweite Element E24 des vierten Planetenradsatzes P4 permanent drehfest mit einer Abtriebswelle GW2 verbunden, die an einem axialen Ende den Getriebeausgang GW2-A definiert.
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Das erste Schaltelement B1 liegt axial auf einer dem Getriebeeingang GW 1-A zugewandten Seite des ersten Planetenradsatzes P1, während das zweite Schaltelement B2 in der Radebene des ersten Planetenradsatzes P1 liegt. Insofern ist das zweite Schaltelement B2 axial im Wesentlichen auf Höhe des ersten Planetenradsatzes P1 und radial umliegend zu diesem platziert.
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Das dritte Schaltelement K1, das vierte Schaltelement K2, das fünfte Schaltelement K3 und das sechste Schaltelement K4 sind dagegen axial zwischen dem dritten Planetenradsatz P3 und dem vierten Planetenradsatz P4 vorgesehen und liegen dabei radial im Wesentlichen auf derselben Höhe. Wie in 2 zu erkennen ist, sind die Schaltelemente dabei axial in der Reihenfolge fünftes Schaltelement K3, sechstes Schaltelement K4, viertes Schaltelement K2 und drittes Schaltelement K1 zwischen dem dritten Planetenradsatz P3 und dem vierten Planetenradsatz P4 vorgesehen, wobei das fünfte Schaltelement K3 und das sechste Schaltelement K4 axial direkt nebeneinanderliegen, während das vierte Schaltelement K2 axial unmittelbar benachbart zum dritten Schaltelement K1 vorgesehen ist. Insofern könnte eine jeweils gemeinsame Versorgung des fünften Schaltelements K3 und des sechsten Schaltelements K4, sowie des vierten Schaltelements K2 und des dritten Schaltelements K1 realisiert werden.
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Ferner geht aus 3 eine schematische Darstellung eines Getriebes G entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung hervor. Diese Ausführungsform entspricht dabei im Wesentlichen der Variante nach 2, wobei im Unterschied dazu zusätzlich eine Elektromaschine EM vorgesehen ist, deren Stator S an einem 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 am Getriebeeingang 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. Aufgrund der drehfesten Verbindung des Rotors R mit der Antriebswelle GW1 ist die Elektromaschine EM koaxial zu der Antriebswelle GW1 platziert.
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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 den Getriebeeingang GW1-A von der Anschlusswelle AN zu entkoppeln und die Verbrennungskraftmaschine VKM nicht mitzuschleppen. 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 beispielhaftes Schaltschema für die Getriebe G aus den 2 und 3 tabellarisch dargestellt. Wie zu erkennen ist, können hierbei jeweils insgesamt zehn Vorwärtsgänge 1 bis 10, sowie ein Rückwärtsgang R1 realisiert werden, wobei in den Spalten des Schaltschemas mit einem X jeweils gekennzeichnet ist, welches der Schaltelemente B1, B2, K1, K2, K3 und K4 in welchem der Vorwärtsgänge 1 bis 10 und dem Rückwärtsgang R1 jeweils geschlossen ist. In jedem der Vorwärtsgänge 1 bis 10 und dem Rückwärtsgang R1 sind dabei jeweils vier der Schaltelemente B1, B2, K1, K2, K3 und K4 geschlossen, wobei bei einer aufeinanderfolgenden Schaltung der Vorwärtsgänge 1 bis 10 je eines der beteiligten Schaltelemente zu öffnen und ein anderes Schaltelement im Folgenden zu schließen ist.
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Wie in 4 zu erkennen ist, wird ein erster Vorwärtsgang 1 durch Betätigen des ersten Schaltelements B1, des zweiten Schaltelements B2, des dritten Schaltelements K1 und des vierten Schaltelements K2 geschaltet, wobei hiervon ausgehend ein zweiter Vorwärtsgang 2 gebildet wird, indem das dritte Schaltelement K1 geöffnet und im Folgenden das fünfte Schaltelement K3 geschlossen wird. Im Weiteren kann dann in einen dritten Vorwärtsgang 3 geschaltet werden, indem das erste Schaltelement B1 geöffnet und das dritte Schaltelement K1 geschlossen wird. Ausgehend davon ergibt sich dann ein vierter Vorwärtsgang 4 durch Öffnen des dritten Schaltelements K1 und Schließen des sechsten Schaltelements K4. Darauffolgend ergibt sich ein fünfter Vorwärtsgang 5 durch Öffnen des vierten Schaltelements K2 und Betätigen des dritten Schaltelements K1, wobei hiervon ausgehend in einen sechsten Vorwärtsgang 6 geschaltet wird, indem das fünfte Schaltelement K3 geöffnet und das vierte Schaltelement K2 geschlossen wird. Zum Schalten in einen siebten Vorwärtsgang 7 ist dann das zweite Schaltelement B2 zu öffnen und das fünfte Schaltelement K3 zu schließen.
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Ausgehend von dem siebten Vorwärtsgang 7 wird dann in einen achten Vorwärtsgang 8 geschaltet, indem das fünfte Schaltelement K3 in einen unbetätigten und das erste Schaltelement B1 in einen betätigten Zustand überführt wird. Zum weiteren Hochschalten in einen neunten Vorwärtsgang 9 ist im Folgenden das vierte Schaltelement K2 zu öffnen und das fünfte Schaltelement K3 zu schließen. Schließlich wird vom neunten Vorwärtsgang 9 in den zehnten Vorwärtsgang 10 geschaltet, indem das dritte Schaltelement K1 in einen unbetätigten Zustand und anschließend das vierte Schaltelement K2 in einen betätigten Zustand überführt wird.
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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 B1, des zweiten Schaltelements B2, des vierten Schaltelement K2 und des sechsten Schaltelements K4 geschaltet.
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Wie in den 2 und 3 dargestellt ist, ist das zweite Schaltelement B2 als kraftschlüssiges Schaltelement ausgeführt. Jedoch könnte das zweite Schaltelement B2 auch als formschlüssiges Schaltelement, wie beispielsweise als Sperrsynchronisation oder als Klauenschaltelement, realisiert sein.
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Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen kann ein Getriebe mit kompaktem Aufbau und einem guten Wirkungsgrad realisiert werden.
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Bezugszeichenliste
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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
- P3
- Dritter Planetenradsatz
- E13
- Erstes Element des dritten Planetenradsatzes
- E23
- Zweites Element des dritten Planetenradsatzes
- E33
- Drittes Element des dritten Planetenradsatzes
- P4
- Vierter Planetenradsatz
- E14
- Erstes Element des vierten Planetenradsatzes
- E24
- Zweites Element des vierten Planetenradsatzes
- E34
- Drittes Element des vierten Planetenradsatzes
- B1
- Erstes Schaltelement
- B2
- Zweites Schaltelement
- K1
- Drittes Schaltelement
- K2
- Viertes Schaltelement
- K3
- Fünftes Schaltelement
- K4
- Sechstes Schaltelement
- 1
- Erster Vorwärtsgang
- 2
- Zweiter Vorwärtsgang
- 3
- Dritter Vorwärtsgang
- 4
- Vierter Vorwärtsgang
- 5
- Fünfter Vorwärtsgang
- 6
- Sechster Vorwärtsgang
- 7
- Siebter Vorwärtsgang
- 8
- Achter Vorwärtsgang
- 9
- Neunter Vorwärtsgang
- 10
- Zehnter Vorwärtsgang
- R1
- Rückwärtsgang
- GW1
- Antriebswelle
- GW1-A
- Getriebeeingang
- GW2
- Abtriebswelle
- GW2-A
- Getriebeausgang
- 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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