DE102020203195A1 - Getriebe für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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DE102020203195A1
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Germany
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spur gear
input shaft
shaft
gear
switching element
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Pending
Application number
DE102020203195.9A
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English (en)
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Johannes Kaltenbach
Fabian Kutter
Martin Brehmer
Matthias Horn
Stefan Beck
Thomas Martin
Michael Wechs
Oliver BAYER
Thomas Kroh
Max Bachmann
Peter Ziemer
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ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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    • B60K2006/4816—Electric machine connected or connectable to gearbox internal shaft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K2006/4825—Electric machine connected or connectable to gearbox input shaft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K6/50—Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/54—Transmission for changing ratio
    • B60K2006/541—Transmission for changing ratio without reverse ratio using instead electric reversing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/006—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion power being selectively transmitted by either one of the parallel flow paths
    • F16H2003/007—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion power being selectively transmitted by either one of the parallel flow paths with two flow paths, one being directly connected to the input, the other being connected to the input though a clutch
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H2003/0811—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts using unsynchronised clutches
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
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    • F16H2200/003—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds
    • F16H2200/0047—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds the gear ratios comprising five forward speeds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H3/087—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe (4) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine erste Eingangswelle (10), eine zweite Eingangswelle (11) und eine Ausgangswelle (12), wobei die erste Eingangswelle (10) über ein erstes Schaltelement (K3) drehfest mit der zweiten Eingangswelle (11) in Verbindung bringbar sowie über eine Trennkupplung (K0) mit einer Antriebswelle (9) drehfest verbindbar ist, die dazu eingerichtet ist, das Getriebe (4) mit einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges zu verbinden. Zudem ist die zweite Eingangswelle (11) mit einem Rotor einer Elektromaschine (28) gekoppelt, wobei mehrere Stirnradstufen (13, 14, 15, 16, 17) vorgesehen sind, über welche jeweils die Ausgangswelle (12) durch Betätigung je eines zugehörigen Schaltelements (A, B, C, D, E) mit je einer der Eingangswellen (10, 11) in Verbindung gebracht werden kann. Um über die Elektromaschine (28) eine möglichst große Zugkraft entfalten zu können, ist zwischen der Ausgangswelle (12) und der zweiten Eingangswelle (11) eine erste Stirnradstufe (13) vorgesehen, welche bei Betätigung eines zugehörigen, zweiten Schaltelements (A) die zweite Eingangswelle und die Ausgangswelle (12) miteinander koppelt. Dabei kann über die erste Stirnradstufe (13) ein größtes Übersetzungsverhältnis der Stirnradstufen (13, 14, 15, 16, 17) dargestellt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine erste Eingangswelle, eine zweite Eingangswelle und eine Ausgangswelle, wobei die erste Eingangswelle über ein erstes Schaltelement drehfest mit der zweiten Eingangswelle in Verbindung bringbar sowie über eine Trennkupplung mit einer Antriebswelle drehfest verbindbar ist, die dazu eingerichtet ist, das Getriebe mit einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges zu verbinden, wobei die zweite Eingangswelle mit einem Rotor einer Elektromaschine gekoppelt ist, und wobei mehrere Stirnradstufen vorgesehen sind, über welche jeweils die Ausgangswelle durch Betätigung je eines zugehörigen Schaltelements mit je einer der Eingangswellen in Verbindung bringbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einem vorgenannten Getriebe sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Getriebes.
  • Bei Kraftfahrzeugen sind mehrgängige Getriebe bekannt, bei welchen mehrere unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse als Gänge durch Betätigung entsprechender Schaltelemente geschaltet werden können, wobei dies vorzugsweise automatisch vollzogen wird. Das Getriebe wird dabei dazu genutzt, ein Zugkraftangebot einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges in Hinblick auf verschiedene Kriterien geeignet umzusetzen. Bei Getrieben für Hybridfahrzeuge wird ein vorgenanntes Getriebe häufig auch mit einer oder mehreren Elektromaschinen kombiniert, wobei die zumindest eine Elektromaschine dabei im Getriebe zur Darstellung verschiedener Betriebsmodi, wie einem rein elektrischen Fahren, auf unterschiedliche Weisen eingebunden werden kann.
  • Aus der DE 10 2010 030 573 A1 geht ein Getriebe hervor, welches neben einer Antriebswelle zwei koaxial zu der Antriebswelle liegende Eingangswellen aufweist. Die Antriebswelle ist hierbei mit einer vorgeschalteten Antriebsmaschine in Form einer Verbrennungskraftmaschine verbunden und kann über eine zwischenliegende Trennkupplung mit der ersten Eingangswelle drehfest in Verbindung gebracht werden, welche wiederum über ein Schaltelement drehfest mit der zweiten Eingangswelle verbindbar ist. An der zweiten Eingangswelle ist dabei ein Rotor einer Elektromaschine angebunden. Achsparallel zu der Antriebswelle und den beiden Eingangswellen ist zudem eine Ausgangswelle platziert, wobei die Ausgangswelle mit jeder der Eingangswellen durch selektives Betätigen je eines Schaltelements über jeweils eine von mehreren Stirnradstufen gekoppelt werden kann. Dabei ist die Stirnradstufe mit dem größten Übersetzungsverhältnis der Stirnradstufen zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle vorgesehen.
  • Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vorgenanntes Getriebe dahingehend weiterzubilden, dass über eine Elektromaschine des Getriebes eine möglichst große Zugkraft entfaltet werden kann.
  • 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, in welchem ein vorgenanntes Getriebe vorgesehen ist, ist ferner Gegenstand von Anspruch 16. Zudem betrifft Anspruch 17 ein Verfahren zum Betreiben eines Getriebes.
  • Gemäß der Erfindung umfasst ein Getriebe eine erste Eingangswelle, eine zweite Eingangswelle und eine Ausgangswelle, wobei die erste Eingangswelle über ein erstes Schaltelement drehfest mit der zweiten Eingangswelle in Verbindung gebracht sowie über eine Trennkupplung mit einer Antriebswelle drehfest verbunden werden kann, die dazu eingerichtet ist, das Getriebe mit einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges zu verbinden. Die zweite Eingangswelle ist dabei mit einem Rotor einer Elektromaschine gekoppelt ist. Zudem sind mehrere Stirnradstufen vorgesehen, über welche jeweils die Ausgangswelle durch Betätigung je eines zugehörigen Schaltelements mit je einer der Eingangswellen in Verbindung gebracht werden kann.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Getriebe sind also zwei Eingangswellen vorgesehen, von denen eine erste Eingangswelle zum einen über eine Trennkupplung mit einer Antriebswelle sowie zum anderen über ein Schaltelement mit einer zweiten Eingangswelle jeweils drehfest in Verbindung gebracht werden kann, wobei an der zweiten Eingangswelle eine Elektromaschine angebunden ist. Dabei sind die Eingangswellen und die Antriebswelle bevorzugt koaxial zueinander angeordnet.
  • Das Getriebe umfasst ferner eine Ausgangswelle, die bevorzugt mit einer Abtriebsseite des Getriebes gekoppelt ist oder einer Abtriebsseite des Getriebes bildet. Diese Ausgangswelle kann nun mit beiden Eingangswellen jeweils über je eine von mehreren Stirnradstufen gekoppelt werden, wobei dies insbesondere dadurch vollzogen wird, dass ein je zugehöriges Schaltelement betätigt wird. Dadurch kann jeweils eine Kraftflussführung von der jeweiligen Eingangswelle auf die gemeinsame Ausgangswelle realisiert werden, so dass das erfindungsgemäße Getriebe letztendlich zwei Teilgetriebe umfasst, von denen dem einzelnen Teilgetriebe eine der Eingangswellen sowie die dieser Eingangswelle zugehörigen Stirnradstufen zugeordnet sind. Eingangswellenseitig können diese Teilgetriebe durch Betätigen des ersten Schaltelements miteinander gekoppelt werden.
  • Bevorzugt ist über die Ausgangswelle des Getriebes eine Koppelung mit einem achsparallel zu den Eingangswellen und der Antriebswelle des Getriebes angeordneten Differentialgetriebe hergestellt. Dabei liegt ein Abtrieb über die Ausgangswelle bevorzugt axial im Bereich von oder nahe an einer Anschlussstelle der Antriebswelle, an welcher im verbauten Zustand des Getriebes die Verbindung der Antriebswelle mit der vorgeschalteten Antriebsmaschine hergestellt ist bzw. herstellbar ist. Prinzipiell kann ein Abtrieb aber auch in einem Bereich zwischen axialen Enden des Getriebes platziert sein. Diese Art der Anordnung eignet sich besonders zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug mit einem quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichteten Antriebsstrang.
  • Alternativ dazu könnte ein Abtrieb über die Ausgangswelle des Getriebes prinzipiell aber auch an einem entgegengesetzt zu der Anschlussstelle der Antriebswelle liegenden, axialen Ende des Getriebes erfolgen. Dadurch sind ein Antrieb über die Antriebswelle und ein Abtrieb des Getriebes an einander entgegengesetzten axialen Enden des Getriebes platziert. Ein derartig gestaltetes Getriebe eignet sich dabei zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug mit einem in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichteten Antriebsstrang.
  • Unter einer „Welle“ ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches eine Kraftflussführung zwischen Komponenten ggf. bei gleichzeitiger Betätigung eines entsprechenden Schaltelements vorgenommen werden kann. Die jeweilige Welle kann Komponenten dabei axial oder radial oder auch sowohl axial und radial miteinander verbinden. So kann die jeweilige Welle auch als Zwischenstück vorliegen, über welches eine jeweilige Komponente zum Beispiel radial angebunden wird.
  • Mit „axial“ ist im Sinne der Erfindung eine Orientierung in Richtung einer Längsmittelachse des Getriebes gemeint, parallel zu welcher auch Rotationsachsen von Wellen des Getriebes ausgerichtet sind. Unter „radial“ ist dann eine Orientierung in Durchmesserrichtung einer jeweiligen Komponente des Getriebes zu verstehen.
  • Im Rahmen der Erfindung setzt sich eine Stirnradstufe auf dem Fachmann prinzipiell bekannte Art und Weise aus mindestens zwei miteinander kämmenden Stirnrädern zusammen, über welche achsversetzt zueinander liegende Wellen gekoppelt sind oder gekoppelt werden können. Dabei kann das einzelne Stirnrad als Festrad drehfest auf der je zugehörigen Welle platziert sein, so dass eine Drehbewegung der Welle auch eine entsprechende Drehbewegung des zugehörigen Stirnrades und umgekehrt zur Folge hat. Das einzelne Stirnrad kann aber auch als Losrad drehbar auf der je zugehörigen Welle gelagert sein und wird dann ggf. erst durch Betätigen eines zugehörigen Schaltelements an der Welle festgesetzt, wodurch dann die drehfeste Verbindung zwischen dem Stirnrad und der zugehörigen Welle besteht. Bevorzugt sind Stirnräder des erfindungsgemäßen Getriebes jeweils als schrägverzahnte Stirnräder ausgeführt.
  • Das erfindungsgemäße Getriebe verfügt über eine Elektromaschine, was das Getriebe für die Anwendung bei einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug geeignet macht. Dabei ist dann ein Rotor der Elektromaschine an der zweiten Eingangswelle unmittelbar oder mittelbar angebunden, wobei die Elektromaschine dabei im Rahmen der Erfindung bevorzugt einerseits als Generator sowie andererseits als Elektromotor betrieben werden kann. Unter einer „Koppelung“ des Rotors der Elektromaschine mit der zweiten Eingangswelle ist im Sinne der Erfindung eine Verbindung zwischen diesen zu verstehen, so dass zwischen dem Rotor der Elektromaschine und der zweiten Eingangswelle eine gleichbleibende Drehzahlabhängigkeit vorherrscht.
  • Die Trennkupplung, über welche die erste Eingangswelle drehfest mit der Antriebswelle verbunden werden kann, ist bevorzugt als formschlüssige Kupplung und hierbei insbesondere als unsynchronisierte Klauenkupplung ausgeführt. Alternativ dazu kommt im Rahmen der Erfindung aber auch eine Ausführung als kraftschlüssige Kupplung und hierbei insbesondere als nass- oder trockenlaufende Reibungskupplung in Frage.
  • Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass zwischen der Ausgangswelle und der zweiten Eingangswelle eine erste Stirnradstufe vorgesehen ist, welche bei Betätigung eines zugehörigen, zweiten Schaltelements die zweite Eingangswelle und die Ausgangswelle miteinander koppelt. Über die erste Stirnradstufe kann dabei ein größtes Übersetzungsverhältnis der Stirnradstufen dargestellt werden. Mit anderen Worten werden also die zweite Eingangswelle und die Ausgangswelle bei Betätigung eines zweiten Schaltelements über eine erste Stirnradstufe miteinander in Verbindung gebracht, wobei diese erste Stirnradstufe dabei das größte Übersetzungsverhältnis der Stirnradstufen aufweist, welche zwischen den Eingangswellen und der Ausgangswelle angeordnet sind.
  • Eine derartige Ausgestaltung eines Getriebes hat dabei den Vorteil, dass in der Folge über die an der zweiten Eingangswelle angebunden Elektromaschine eine hohe Zugkraft dargestellt werden kann. Denn dadurch, dass die Stirnradstufe mit dem größten Übersetzungsverhältnis zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle vorgesehen ist und die Elektromaschine an der zweiten Eingangswelle angebunden ist, kann das Übersetzungsverhältnis der Stirnradstufe auch für die Übersetzung einer Antriebskraft der Elektromaschine in eine höhere Zugkraft genutzt werden. Dabei ist für eine Entfaltung dieser hohen Zugkraft lediglich ein Schaltelement zu betätigen, nämlich das zweite Schaltelement, über welches bei Betätigung die erste Stirnradstufe eine Koppelung der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle hervorruft. Hierdurch kann über die Elektromaschine dann insbesondere auch ein Anfahren des Kraftfahrzeuges mit hoher Zugkraft realisiert werden, wobei dabei ein Antriebsmoment der Elektromaschine auch bei längeren Steigungen und bei schwereren Fahrzeugen zum Fahren nutzbar ist.
  • Bei der DE 10 2010 030 573 A1 kann die Elektromaschine zwar auch durch ihre Anbindung an die zweite Eingangswelle über eine der zwischenliegenden Stirnradstufen mit der Ausgangswelle gekoppelt werden. Bei keiner der zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle liegenden Stirnradstufen handelt es sich aber um die Stirnradstufe mit dem höchsten Übersetzungsverhältnis.
  • Das „höchste Übersetzungsverhältnis der Stirnradstufen“ bedeutet im Sinne der Erfindung, dass über die erste Stirnradstufe die größte Übersetzung zwischen den Eingangswellen und der Ausgangswelle dargestellt werden kann, die über die zwischen den Eingangswellen und der Ausgangswelle jeweils liegenden Stirnradstufen im Einzelnen schaltbar sind. Dabei ist unter einem Übersetzungsverhältnis das Verhältnis zu verstehen, unter welchem die eingangswellenseitigen und ausgangswellenseitigen Drehzahlen bei Koppelung über die jeweilige Stirnradstufe zueinander stehen.
  • Das erfindungsgemäße Getriebe kann so betrieben werden, dass ein Ladebetrieb oder ein Startbetrieb realisiert wird, wozu sowohl die Trennkupplung, als auch das erste Schaltelement betätigt werden. Denn hierdurch wird die zweite Eingangswelle über die zwischenliegende, erste Eingangswelle mit der Antriebswelle drehfest verbunden, so dass auch die an der zweiten Eingangswelle angebundene Elektromaschine mit der vorgeschalteten Antriebsmaschine gekoppelt ist. Im elektromotorischen Betrieb kann hierdurch über die Elektromaschine die hierbei insbesondere als Verbrennungskraftmaschine ausgeführte, vorgeschaltete Antriebsmaschine gestartet werden, während die Elektromaschine in einem generatorischen Betrieb über die vorgeschaltete Antriebsmaschine angetrieben und hierdurch Strom erzeugt werden kann.
  • Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung sind die Eingangswellen koaxial zueinanderliegend angeordnet, wobei die erste Eingangswelle als Hohlwelle und die zweite Eingangswelle als Vollwelle vorliegt. Bevorzugt ist dabei die erste Eingangswelle axial zwischen der Antriebswelle und der zweiten Eingangswelle angeordnet, wobei die zweite Eingangswelle mit einem axialen Ende in die erste Eingangswelle hineingeführt ist. Eine derartige Ausführungsform hat dabei den Vorteil, dass somit die zweite, als Vollwelle vorliegende Eingangswelle an einem axialen Ende in der als Hohlwelle ausgebildeten, ersten Eingangswelle gelagert werden kann, wodurch ein separater Lagerschild entfallen kann.
  • Gemäß einer hierzu alternativen Variante der Erfindung liegen die koaxial zueinander angeordneten Eingangswellen jeweils als Vollwellen vor, wobei die erste Eingangswelle axial zwischen der Antriebswelle und der zweiten Eingangswelle platziert ist. Dadurch muss keine der Eingangswellen als Hohlwelle ausgebildet werden, was den Herstellungsaufwand entsprechend reduziert.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Eingangswelle zudem mit einem Rotor einer weiteren Elektromaschine gekoppelt. In diesem Fall ist also neben der an der zweiten Eingangswelle angebundene Elektromaschine noch eine weitere Elektromaschine vorgesehen, die mit der ersten Eingangswelle gekoppelt ist. Dies hat zum einen den Vorteil, dass auch die zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle vorgesehenen Stirnradstufen prinzipiell direkt für ein rein elektrisches Fahren genutzt werden können. Außerdem kann die weitere Elektromaschine dafür herangezogen werden, gezielt in bestimmten Fahrsituationen ein Antriebsmoment einzuspeisen und hierüber zu unterstützen. Besonders bevorzugt ist die weitere Elektromaschine als Hilfsmaschine konzipiert, über welche lediglich ein Starten der vorgeschalteten Antriebsmaschine sowie ein Ladebetrieb und auch eine unterstützende Einspeisung eines Antriebsmoments realisiert werden kann. Insofern ist die weitere Elektromaschine von ihrer Leistung her insbesondere kleiner dimensioniert, als die an der zweiten Eingangswelle angebundene Elektromaschine.
  • Dabei kann ein Lade- und Startbetrieb bei Vorsehen der weiteren Elektromaschine dann insbesondere dadurch realisiert werden, dass die Trennkupplung geschlossen und hierdurch die erste Eingangswelle mit der Antriebswelle drehfest verbunden wird, was in der Folge auch eine Koppelung der weiteren Elektromaschine mit der vorgeschalteten Antriebsmaschine zur Folge hat. In einem elektromotorischen Betrieb kann die weitere Elektromaschine dadurch die vorgeschaltete Antriebsmaschine starten, insbesondere wenn diese als Verbrennungskraftmaschine ausgeführt ist. Andererseits kann in einem generatorischen Betrieb der weiteren Elektromaschine Strom erzeugt werden, wenn diese über die vorgeschaltete Antriebsmaschine angetrieben wird.
  • Zudem kann die weitere Elektromaschine bevorzugt dafür genutzt werden, die für ein Schließen der Trennkupplung erforderliche Synchrondrehzahl einzustellen, insbesondere dann, wenn die Trennkupplung als unsynchronisierte Klauenkupplung ausgeführt ist. Alternativ oder ergänzend dazu kann die weitere Elektromaschine dann auch die vorgeschaltete Antriebsmaschine bei einer Synchronisierung vor einem Schließen des ersten Schaltelements unterstützen, falls dieses ebenfalls als unsynchronisiertes Schaltelement ausgebildet ist.
  • Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist die erste Eingangswelle über eine zweite Stirnradstufe bei Schließen eines dritten Schaltelements, die zweite Eingangswelle mittels einer dritten Stirnradstufe bei Betätigung eines vierten Schaltelements, die erste Eingangswelle über eine vierte Stirnradstufe bei Schließen eines fünften Schaltelements sowie die zweite Eingangswelle mittels einer fünften Stirnradstufe bei Betätigung eines sechsten Schaltelements jeweils mit der Ausgangswelle gekoppelt. Bei dieser Ausführungsform sind also neben der ersten Stirnradstufe noch eine zweite Stirnradstufe, eine dritte Stirnradstufe, eine vierte Stirnradstufe und eine fünfte Stirnradstufe vorgesehen. Dabei dienen die zweite und die vierte Stirnradstufe jeweils einer direkten Koppelung der ersten Eingangswelle mit der Ausgangswelle, wozu das je zugehörige Schaltelement zu betätigen ist, während die dritte Stirnradstufe und die fünfte Stirnradstufe ebenso wie die erste Stirnradstufe bei jeweiliger Einbindung in einen Kraftfluss direkt die zweite Eingangswelle mit der Ausgangswelle in Verbindung bringen. Besonders bevorzugt sind bei dem erfindungsgemäßen Getriebe zwischen den Eingangswellen und der Ausgangswelle genau fünf Stirnradstufen vorgesehen, denen jeweils je ein Schaltelement zugeordnet ist. Alternativ dazu ist es im Rahmen der Erfindung aber auch denkbar, eine oder mehrere weitere Stirnradstufen vorzusehen, welche im Einzelnen bei Einbindung in den Kraftfluss direkt eine der Eingangswellen mit der Ausgangswelle koppeln.
  • In Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform kann über die zweite Stirnradstufe das zweithöchste Übersetzungsverhältnis der Stirnradstufen, über die dritte Stirnradstufe das dritthöchste Übersetzungsverhältnis der Stirnradstufen, über die vierte Stirnradstufe das vierthöchste Übersetzungsverhältnis der Stirnradstufen und über die fünfte Stirnradstufe das fünfthöchste Übersetzungsverhältnis der Stirnradstufen geschaltet werden. Dementsprechend ist dann das zweithöchste Übersetzungsverhältnis dem Teilgetriebe mit der ersten Eingangswelle, das dritthöchste Übersetzungsverhältnis dem Teilgetriebe mit der zweiten Eingangswelle, das vierthöchste Übersetzungsverhältnis dem Teilgetriebe mit der ersten Eingangswelle und das fünfthöchste Übersetzungsverhältnis dem Teilgetriebe mit der zweiten Eingangswelle zugeordnet.
  • Dabei ergibt sich ein erster Gang zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle durch Betätigen des zweiten Schaltelements, während ein zweiter Gang zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle durch Schließen des ersten Schaltelements und des dritten Schaltelements dargestellt wird. Ferner kann ein dritter Gang zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle durch Schließen des vierten Schaltelements geschaltet werden, wohingegen sich ein vierter Gang zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle durch Betätigen des ersten Schaltelements und des fünften Schaltelements ergibt. Schließlich ist noch ein fünfter Gang zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle durch Betätigen des sechsten Schaltelements darstellbar. In vorteilhafter Weise stehen dementsprechend insgesamt fünf Gänge für einen Betrieb der an der zweiten Eingangswelle angebundenen Elektromaschine zur Verfügung, wobei diese Gänge je nach über die Elektromaschine eingeleiteten Drehrichtung dabei für eine Vorwärts- oder eine Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges genutzt werden können. Besonders bevorzugt ist der erste, zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksame Gang von seinem Übersetzungsverhältnis her als Anfahrvorgang konzipiert, in welchem insbesondere ein rein elektrisches Anfahren auch in größeren Steigungen und bei höherer Fahrzeugmasse zuverlässig gestaltet werden kann.
  • Prinzipiell können auch zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle mehrere Gänge geschaltet werden, welche dann über die an der ersten Eingangswelle angebundene, weitere Elektromaschine nutzbar sind. So könnte ein erster Gang zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle durch Schließen des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements geschaltet werden, während ein zweiter Gang zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle durch Betätigen des dritten Schaltelements darstellbar ist. Zudem ergibt sich ein dritter Gang zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle durch Schließen des ersten Schaltelements und des vierten Schaltelements, wohingegen ein vierter Gang zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle durch Betätigen des fünften Schaltelements geschaltet werden kann. Außerdem kann noch ein fünfter Gang zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle durch Betätigen des ersten Schaltelements und des sechsten Schaltelements dargestellt werden. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der weiteren Elektromaschine aber um eine reine Hilfsmaschine, wie bereits vorstehend genannt, über welche kein eigenständiger Antrieb des Kraftfahrzeuges vorgenommen wird.
  • Bevorzugt kann die weitere Elektromaschine bei einer aufeinanderfolgenden Schaltung vom ersten, zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksamen Gang über den zweiten, zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksamen Gang in den dritten, zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksamen Gang eine Zugkraft rein elektrisch stützen, da die weitere Elektromaschine im zweiten Gang über die erste Eingangswelle ebenfalls eingebunden ist. Selbiges ist auch bei einer aufeinanderfolgenden Schaltung vom dritten, zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksamen Gang über den vierten, zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksamen Gang in den fünften, zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksamen Gang möglich, da auch hier die weitere Elektromaschine im vierten, zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksamen Gang über das erste Schaltelement und die erste Eingangswelle mit der Ausgangswelle gekoppelt ist.
  • In Weiterbildung der Erfindung ergibt sich zudem ein erster Gang zwischen der Antriebswelle und der Ausgangswelle durch Schließen der Trennkupplung und Betätigen des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements, während ein zweiter Gang zwischen der Antriebswelle und der Ausgangswelle durch Schließen der Trennkupplung und Betätigen des dritten Schaltelements geschaltet wird. Ferner kann ein dritter Gang zwischen der Antriebswelle und der Ausgangswelle durch Schließen der Trennkupplung und Betätigen des ersten Schaltelements und des vierten Schaltelements verwirklicht werden, wohingegen ein vierter Gang zwischen der Antriebswelle und der Ausgangswelle durch Schließen der Trennkupplung und Betätigen des fünften Schaltelements darstellbar ist. Schließlich ergibt sich ein fünfter Gang zwischen der Antriebswelle und der Ausgangswelle durch Schließen der Trennkupplung und Betätigen des ersten Schaltelements und des sechsten Schaltelements. Diese fünf Gänge können dementsprechend für ein Fahren über die vorgeschaltete Antriebsmaschine genutzt werden, indem die Antriebswelle jeweils mit der ersten Eingangswelle und in einigen Gängen auch über das erste Schaltelement mit der zweiten Eingangswelle gekoppelt wird.
  • Insbesondere kann dabei bei Gangwechseln zwischen den, zwischen der Antriebswelle und der Ausgangswelle wirksamen Gängen ein Stützen der Zugkraft über die an der zweiten Eingangswelle angebundene Elektromaschine vollzogen werden, indem entweder der erste, zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksame Gang oder der dritte, zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksame Gang oder der fünfte zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksame Gang parallel geschaltet wird. Dies hat den Vorteil, dass die vorgeschaltete Antriebsmaschine dadurch die Gänge lastfrei wechseln kann. Ist zudem die weitere Elektromaschine vorgesehen, so kann diese weitere Elektromaschine die vorgeschaltete Antriebsmaschine bei einer Synchronisation des ersten Schaltelements, des dritten Schaltelements und des fünften Schaltelements entsprechend unterstützen.
  • Für einen gleichzeitigen Betrieb und damit einen Hybridbetrieb der an der zweiten Eingangswelle angebundenen Elektromaschine mit der vorgeschalteten Antriebsmaschine können die jeweils darstellbaren Gänge miteinander kombiniert werden.
  • Besonders bevorzugt wird dabei entweder der erste, zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksame Gang oder der dritte, zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksame Gang oder der fünfte, zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksame Gang gewählt, da diese jeweils mit jedem der zwischen der Antriebswelle und der Ausgangswelle wirksamen Gänge kombinierbar sind. Dabei kann der erste, zwischen der Antriebswelle und der Ausgangswelle schaltbarer Gang aber nur mit dem ersten, zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle schaltbaren Gang kombiniert werden. Der dritte, zwischen der Antriebswelle und der Ausgangswelle darstellbaren Gang kann nur mit dem dritten, zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle darstellbaren Gang kombiniert werden. Ferner ist der fünfte, zwischen der Antriebswelle und der Ausgangswelle schaltbarer Gang nur mit dem fünften, zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle darstellbaren Gang kombinierbar.
  • Als Besonderheit besteht bei dem erfindungsgemäßen Getriebe zudem die Möglichkeit, lastfrei von dem ersten, zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksamen Gang in den dritten, zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksamen Gang sowie im Weiteren ausgehend hiervon auch in den fünften, zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksamen Gang zu wechseln, während über die vorgeschaltete Antriebsmaschine entweder im zweiten, zwischen der Antriebswelle und der Ausgangswelle wirksamen Gang oder im vierten, zwischen der Antriebswelle und der Ausgangswelle wirksamen Gang die Zugkraft gestützt wird. Hierdurch kann die Drehzahl der an der zweiten Eingangswelle angebundenen Elektromaschine abgesenkt werden. Im zweiten oder im vierten, zwischen der Antriebswelle und der Ausgangswelle wirksamen Gang kann zudem auch ein Abkoppeln der an der zweiten Eingangswelle angebundenen Elektromaschine vorgenommen werden, so dass ein effizienterer Betrieb möglich ist.
  • Gemäß einer Ausgestaltungsmöglichkeit sind die Stirnradstufen axial auf die Antriebswelle folgend in der Reihenfolge vierte Stirnradstufe, zweite Stirnradstufe, dritte Stirnradstufe, erste Stirnradstufe und fünfte Stirnradstufe angeordnet. Diese vorgenannte Anordnung kann dabei auch dahingehend abgewandelt sein, dass die dritte Stirnradstufe und die erste Stirnradstufe axial die Positionen getauscht haben.
  • Darüber hinaus könnte im Rahmen der Erfindung auch eine anderweitige axiale Anordnung der Stirnradstufen vorgenommen sein.
  • Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung sind das zweite Schaltelement und das sechste Schaltelement zu einer Schalteinrichtung zusammengefasst. Hierdurch lässt sich der Herstellungsaufwand weiter reduzieren, da eine gemeinsame Betätigung des zweiten Schaltelements und des sechsten Schaltelements über eine Betätigungseinrichtung erfolgen kann, welche aus einer Neutralstellung heraus entweder das zweite Schaltelement oder das sechste Schaltelement in einen betätigten Zustand überführt. Da diese beiden Schaltelemente jeweils bei Betätigung für eine Koppelung der Ausgangswelle mit der zweiten Eingangswelle sorgen, ist eine zeitgleiche Betätigung des zweiten Schaltelements und des sechsten Schaltelements nicht erforderlich. In gleicher Weise könnten aber auch das zweite Schaltelement und das vierte Schaltelement oder das vierte Schaltelement und das sechste Schaltelement zu einer Schalteinrichtung zusammengefasst sein, da auch das vierte Schaltelement bei Betätigung für eine Koppelung der zweiten Eingangswelle mit der Ausgangswelle über die zugehörige Stirnradstufe sorgt. Bei Zusammenfassung des vierten Schaltelements und des sechsten Schaltelements müssten allerdings die dritte Stirnradstufe und die fünfte Stirnradstufe insbesondere axial nebeneinanderliegend platziert sein.
  • Alternativ oder ergänzend dazu sind das dritte Schaltelement und das fünfte Schaltelement zu einer Schalteinrichtung zusammengefasst. Hierdurch kann eine Betätigung des dritten Schaltelements und des fünften Schaltelements über eine gemeinsame Betätigungseinrichtung vorgenommen werden, welche aus einer Neutralstellung heraus entweder das dritte Schaltelement oder das fünfte Schaltelement in einen geschlossenen Zustand überführt. Dadurch lässt sich der Herstellungsaufwand reduzieren.
  • Es ist im Rahmen der Erfindung aber auch denkbar, das erste Schaltelement und das fünfte Schaltelement sowie das dritte Schaltelement und das sechste Schaltelement sowie das zweite Schaltelement und das vierte Schaltelement zu je einer Schalteinrichtung zusammenzufassen. Dabei sind zum Teil separate Schaltgabeln vorzusehen.
  • Es ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung, dass der Rotor der Elektromaschine an einem Stirnrad einer der Stirnradstufen angebunden ist, über welche die zweite Eingangswelle mit der Ausgangswelle unmittelbar koppelbar ist. Hierdurch kann das Stirnrad dieser Stirnradstufe gleichzeitig auch für eine Einbindung der Elektromaschine herangezogen werden, so dass ein separates Stirnrad entfallen und dementsprechend der Herstellungsaufwand reduziert werden kann. Besonders bevorzugt erfolgt eine Einbindung der Elektromaschine dabei an dem eingangswellenseitigen Stirnrad der fünften Stirnradstufe, da dieses aufgrund des über die fünften Stirnradstufe darstellbaren Übersetzungsverhältnisses am besten geeignet ist. Die fünfte Stirnradstufe ist dabei bevorzugt an einem der Antriebswelle abgewandt liegenden axialen Ende des Getriebes angeordnet, wodurch ein ausreichender axialer Bauraum für die Unterbringung der Elektromaschine geschaffen wird.
  • Alternativ oder ergänzend zu der vorgenannten Ausführungsform ist der Rotor der weiteren Elektromaschine an einem Stirnrad einer der Stirnradstufen angebunden, über welche die erste Eingangswelle mit der Ausgangswelle unmittelbar gekoppelt werden kann. Somit kann auch eines der Stirnräder der bestehenden Stirnradstufen für die Einbindung der weiteren Elektromaschine verwendet werden, was den Herstellungsaufwand entsprechend reduziert. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Stirnradstufe dabei um die vierte Stirnradstufe, da bei dieser ein eingangswellenseitig liegendes Stirnrad ausreichend groß dimensioniert ist. Dies wird dabei insbesondere damit kombiniert, dass die vierte Stirnradstufe axial am nächsten liegend zu der Antriebswelle angeordnet ist. Denn hierdurch wird axial ein ausreichender Platz für die Anordnung der weiteren Elektromaschine geschaffen.
  • Bei den vorgenannten Varianten ist die jeweilige Elektromaschine bevorzugt achsversetzt zu der jeweiligen Eingangswelle angeordnet, wobei ein jeweiliger Rotor der jeweiligen Elektromaschine dabei insbesondere auf einer Rotorwelle platziert ist, die ein Stirnrad drehfest trägt. Dieses Stirnrad kämmt dann mit dem jeweiligen eingangswellenseitigen Stirnrad der jeweiligen Stirnradstufe, über welche die jeweilige Eingangswelle mit der Ausgangswelle unmittelbar gekoppelt werden kann. Alternativ dazu kann das auf der jeweiligen Rotorwelle platzierte Stirnrad auch über ein Zwischenrad mit dem jeweiligen eingangswellenseitigen Stirnrad gekoppelt sein.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist das einzelne Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt, wobei dieses insbesondere als Klauenschaltelement vorliegt. Alternativ dazu kann es sich bei einem formschlüssigen Schaltelement aber auch um eine Sperrsynchronisation handeln. Formschlüssige Schaltelemente haben prinzipiell den Vorteil, dass sie im geöffneten Zustand nur niedrige Schleppmomente aufweisen und sich dementsprechend durch einen hohen Wirkungsgrad auszeichnen. Das einzelne Schaltelement könnte alternativ dazu aber auch als kraftschlüssiges Schaltelement ausgeführt sein, beispielsweise als Lamellenschaltelement, wobei ein kraftschlüssiges Schaltelement in vorteilhafter Weise auch unter Last in einen betätigten Zustand überführt werden kann.
  • Gemäß einer Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung trägt die Ausgangswelle ein Stirnrad einer Stirnradstufe drehfest, wobei das Stirnrad dieser Stirnradstufe mit einem weiteren Stirnrad im Zahneingriff steht, welches die Abtriebsseite bildet. Hierdurch wird eine Abtriebskonstante verwirklicht, über welche ausgehend von Ausgangswelle permanent ein Abtrieb zur Abtriebsseite stattfindet. Das die Abtriebsseite bildenden Stirnrad kann dabei als Antriebstellerrad eines achsparallel angeordneten Differentialgetriebes ausgeführt sein.
  • Im Rahmen der Erfindung kann dem Getriebe ein Anfahrelement vorgeschaltet sein, beispielsweise ein hydrodynamischer Drehmomentwandler oder eine Reibkupplung. Dieses Anfahrelement kann dann auch Bestandteil des Getriebes sein und dient der Gestaltung eines Anfahrvorgangs, indem es eine Schlupfdrehzahl zwischen der Verbrennungskraftmaschine und der Antriebswelle des Getriebes ermöglicht. Besonders bevorzugt ist die Antriebswelle aber im verbauten Zustand des Getriebes ohne zwischenliegendes Anfahrelement mit der vorgeschalteten Antriebsmaschine gekoppelt, wobei hierbei insbesondere bei Ausführung der Antriebsmaschine als Verbrennungskraftmaschine ein Torsionsschwingungsdämpfer zwischengeschaltet sein kann.
  • Zudem kann auf jeder Welle des Getriebes prinzipiell ein Freilauf zum Getriebegehäuse oder zu einer anderen Welle angeordnet werden.
  • Das erfindungsgemäße Getriebe ist insbesondere Teil eines Kraftfahrzeugantriebsstranges für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug und ist dann zwischen einer als Verbrennungskraftmaschine oder als Elektromaschine gestalteten Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges und weiteren, in Kraftflussrichtung zu Antriebsrädern des Kraftfahrzeuges folgenden Komponenten des Antriebsstranges angeordnet. Hierbei ist die Antriebswelle des Getriebes entweder permanent drehfest mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt oder über eine zwischenliegende Trennkupplung bzw. ein Anfahrelement mit dieser verbindbar, wobei zwischen Verbrennungskraftmaschine und Getriebe zudem ein Torsionsschwingungsdämpfer vorgesehen sein kann. Auch im Falle einer Ausführung der Antriebsmaschine als Elektromaschine kann eine direkte drehfeste Verbindung der Antriebswelle mit einem Rotor dieser Elektromaschine vollzogen sein. Abtriebsseitig ist das Getriebe innerhalb des Kraftfahrzeugantriebsstranges dann bevorzugt mit einem Differentialgetriebe einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges gekoppelt, wobei hier allerdings auch eine Anbindung an ein Längsdifferential vorliegen kann, über welches eine Verteilung auf mehrere angetriebene Achsen des Kraftfahrzeuges stattfindet. Das Differentialgetriebe bzw. das Längsdifferential kann dabei mit dem Getriebe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Ebenso kann auch ein Torsionsschwingungsdämpfer mit in dieses Gehäuse integriert sein.
  • Dass zwei Bauelemente des Getriebes drehfest „verbunden“ bzw. „gekoppelt“ sind bzw. „miteinander in Verbindung stehen“, meint im Sinne der Erfindung eine permanente Koppelung dieser Bauelemente, so dass diese nicht unabhängig voneinander rotieren können. Insofern ist zwischen diesen Bauelementen, bei welchen es sich um Stirnräder der Stirnradstufen und/oder Wellen und/oder ein Getriebegehäuse handeln kann, kein Schaltelement vorgesehen, sondern die entsprechenden Bauelemente sind starr miteinander gekoppelt.
  • Ist hingegen ein Schaltelement zwischen zwei Bauelementen vorgesehen, so sind diese Bauelemente nicht permanent drehfest miteinander gekoppelt, sondern eine drehfeste Koppelung wird erst durch Betätigen des zwischenliegenden Schaltelements vorgenommen. Dabei bedeutet eine Betätigung des Schaltelements im Sinne der Erfindung, dass das betreffende Schaltelement in einen geschlossenen Zustand überführt wird und in der Folge die hieran unmittelbar angekoppelten Bauelemente in ihren Drehbewegungen aneinander angleicht. Im Falle einer Ausgestaltung des betreffenden Schaltelements als formschlüssiges Schaltelement werden die hierüber unmittelbar drehfest miteinander verbundenen Bauelemente unter gleicher Drehzahl laufen, während im Falle eines kraftschlüssigen Schaltelements auch nach einem Betätigen desselbigen Drehzahlunterschiede zwischen den Bauelementen bestehen können. Dieser gewollte oder auch ungewollte Zustand wird im Rahmen der Erfindung dennoch als drehfeste Verbindung der jeweiligen Bauelemente über das Schaltelement bezeichnet.
  • Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung 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.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
    • 1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges;
    • 2 eine schematische Darstellung eines Teils des Kraftfahrzeugantriebsstranges aus 1 mit einem Getriebe entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 3 eine schematische Ansicht eines Teils des Kraftfahrzeugantriebsstranges aus 1 mit einem Getriebe gemäß einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung;
    • 4 eine schematische Darstellung eines Teils des Kraftfahrzeugantriebsstranges aus 1 mit einem Getriebe entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
    • 5 eine schematische Ansicht eines Teils des Kraftfahrzeugantriebsstranges aus 1 mit einem Getriebe gemäß einer vierten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung;
    • 6 ein beispielhaftes Schaltschema der Getriebe aus den 2 bis 5; und
    • 7 eine tabellarische Darstellung unterschiedlicher Betriebsmodi des Kraftfahrzeugantriebsstranges gemäß 1 mit einem Getriebe nach einem der 2 bis 5.
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges 1 eines Hybridfahrzeuges, wobei in dem Kraftfahrzeugantriebsstrang eine Verbrennungskraftmaschine 2 über einen zwischenliegenden Torsionsschwingungsdämpfer 3 mit einem Getriebe 4 verbunden ist. Dem Getriebe 4 ist abtriebsseitig ein Differentialgetriebe 5 nachgeschaltet, über welches eine Antriebsleistung auf Antriebsräder 6 und 7 einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges verteilt wird. Das Getriebe 4 und der Torsionsschwingungsdämpfer 3 sind dabei in einem gemeinsamen Getriebegehäuse 8 des Getriebes 4 zusammengefasst, in welches dann auch das Differentialgetriebe 5 integriert sein kann. Wie zudem in 1 zu erkennen ist, sind die Verbrennungskraftmaschine 2, der Torsionsschwingungsdämpfer 3, das Getriebe 4 und auch das Differentialgetriebe 5 quer zu einer Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichtet.
  • Aus 2 geht eine schematische Darstellung eines Teils des Kraftfahrzeugantriebsstranges 1 aus 1 im Bereich des Getriebes 4 hervor, welches entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildet ist. Dabei umfasst das Getriebe 4 eine Antriebswelle 9, eine erste Eingangswelle 10 und eine zweite Eingangswelle 11, die koaxial zueinander angeordnet sind. Die Antriebswelle 9 ist drehfest mit dem Torsionsschwingungsdämpfer 3 verbunden und als Vollwelle ausgeführt, welcher die als Hohlwelle ausgebildete, erste Eingangswelle 10 stirnseitig gegenüberliegt. Dabei überdeckt die erste Eingangswelle 10 axial teilweise mit der als Vollwelle ausgebildeten, zweiten Eingangswelle 11, indem die zweite Eingangswelle 11 mit einem axialen Ende in die erste Eingangswelle 10 hineingeführt ist. In der Folge besteht die Möglichkeit, die zweite Eingangswelle 11 an diesem axialen Ende in der radial umliegenden, ersten Eingangswelle 10 zu lagern.
  • Die Antriebswelle 9 kann mit der ersten Eingangswelle 10 über eine Trennkupplung K0 drehfest verbunden werden, welche im vorliegenden Fall als formschlüssige Kupplung in Form einer unsynchronisierten Klauenkupplung ausgeführt ist. Dabei ist diese Trennkupplung K0 axial zwischen der Antriebswelle 9 und der ersten Eingangswelle 10 angeordnet. Die erste Eingangswelle 10 wiederum kann mit der zweiten Eingangswelle 11 über ein zwischenliegendes Schaltelement K3 drehfest in Verbindung gebracht werden, wobei dieses Schaltelement K3 im vorliegenden Fall als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt ist, bei welchem es sich um eine unsynchronisierte Klauenkupplung handelt. Dabei ist dieses Schaltelement K3 axial an einem der Antriebswelle 9 abgewandt liegenden Ende der ersten Eingangswelle 10 vorgesehen.
  • Achsparallel zu den Eingangswellen 10 und 11 und auch der Antriebswelle 9 ist zudem eine Ausgangswelle 12 vorgesehen, die als Vollwelle ausgeführt ist. Ferner sind fünf Stirnradstufen 13, 14, 15, 16 und 17 vorgesehen, wobei die Ausgangswelle 12 über die Stirnradstufe 13, die Stirnradstufe 15 und die Stirnradstufe 17 jeweils mit der zweiten Eingangswelle 11 koppelbar ist, während über die Stirnradstufe 14 und die Stirnradstufe 16 jeweils eine Koppelung zwischen der ersten Eingangswelle 10 und der Ausgangswelle 12 hergestellt werden kann. Jede der Stirnradstufen 13 bis 17 setzt sich dabei aus je zwei Stirnrädern 18 und 19 bzw. 20 und 21 bzw. 22 und 23 bzw. 24 und 25 bzw. 26 und 27 zusammen.
  • Wie in 2 zu erkennen ist, ist das Stirnrad 18 der Stirnradstufe 13 drehfest auf der zweiten Eingangswelle 11 angeordnet und kämmt mit dem Stirnrad 19 der Stirnradstufe 13. Das Stirnrad 19 ist dabei drehbar auf der Ausgangswelle 12 gelagert und kann über ein Schaltelement A an der Ausgangswelle 12 festgesetzt werden, so dass in der Folge die erste Eingangswelle 10 und die Ausgangswelle 12 über die Stirnradstufe 13 miteinander gekoppelt sind. Hingegen ist bei der Stirnradstufe 14 das Stirnrad 20 drehfest auf der ersten Eingangswelle 10 platziert und steht mit dem Stirnrad 21 der Stirnradstufe 14 im Zahneingriff, welches drehbar auf der Ausgangswelle 12 gelagert ist. Das drehbar auf der Ausgangswelle 12 gelagerte Stirnrad 21 kann dann durch Betätigen eines Schaltelements B drehfest mit der Ausgangswelle 12 verbunden werden, um die erste Eingangswelle 10 und die Ausgangswelle 12 über die Stirnradstufe 14 zu koppeln.
  • Bei der Stirnradstufe 15 ist das Stirnrad 22 drehfest mit der zweiten Eingangswelle 11 verbunden und kämmt mit dem Stirnrad 23, das drehbar auf der Ausgangswelle 12 gelagert und über ein Schaltelement C an der Ausgangswelle 12 festgesetzt werden kann. In der Folge wird die Ausgangswelle 12 dann über die Stirnradstufe 15 mit der zweiten Eingangswelle 11 gekoppelt. Von den miteinander im Zahneingriff stehenden Stirnrädern 24 und 25 der Stirnradstufe 16 ist das Stirnrad 24 drehfest auf der ersten Eingangswelle 10 platziert und das Stirnrad 25 drehbar auf der Ausgangswelle 12 gelagert. Letzteres kann dabei durch Schließen eines Schaltelements D drehfest mit der Ausgangswelle 12 verbunden werden, wodurch die erste Eingangswelle 10 und die Ausgangswelle 12 über die Stirnradstufe 16 miteinander in Verbindung gebracht werden.
  • Schließlich ist bei der Stirnradstufe 17 das Stirnrad 26 drehfest auf der zweiten Eingangswelle 11 angeordnet und kämmt mit dem Stirnrad 27, welches drehbar auf der Ausgangswelle 12 gelagert ist. Das Stirnrad 27 kann dann über ein Schaltelement E an der Ausgangswelle 12 festgesetzt werden, wodurch die zweite Eingangswelle 11 und die Ausgangswelle 12 über die Stirnradstufe 17 miteinander gekoppelt sind. Die Schaltelemente A bis E sind vorliegend jeweils als formschlüssige Schaltelemente in Form unsynchronisierter Klauenschaltelemente ausgeführt.
  • Des Weiteren ist die zweite Eingangswelle 11 mit einer ersten Elektromaschine 28 gekoppelt, wobei diese Elektromaschine 28 dabei achsversetzt zu der zweiten Eingangswelle 10 platziert ist. Dabei ist ein - vorliegend nicht weiter dargestellter - Rotor der ersten Elektromaschine 28 über eine Rotorwelle 29 drehfest mit einem Stirnrad 30 verbunden, welches mit dem Stirnrad 26 der Stirnradstufe 17 im Zahneingriff steht. Die erste Elektromaschine 28 kann dabei zum einen als Elektromotor sowie zum anderen als Generator betrieben werden
  • Neben der ersten Elektromaschine 28 ist zudem noch eine weitere, zweite Elektromaschine 31 vorgesehen, die ebenfalls einerseits als Elektromotor sowie andererseits als Generator betrieben werden kann. Diese zweite Elektromaschine 31 ist dabei mit der ersten Eingangswelle 10 gekoppelt, wobei dies dabei konkret so gelöst ist, dass ein - ebenfalls nicht weiter dargestellter - Rotor der zweiten Elektromaschine 31 über eine Rotorwelle 32 drehfest mit einem Stirnrad 33 verbunden ist, welches mit dem Stirnrad 24 der Stirnradstufe 16 im Zahneingriff steht.
  • Auf der Ausgangswelle 12 ist außerdem noch ein Stirnrad 34 einer Stirnradstufe 35 drehfest platziert, welches mit einem Stirnrad 36 der Stirnradstufe 35 im Zahneingriff steht. Dabei handelt es sich bei diesem Stirnrad 36 um ein Antriebstellerrad des achsparallelen Differentialgetriebes 5, wobei das Stirnrad 36 zudem eine Abtriebsseite 37 des Getriebes 4 ausbildet.
  • Von den zwischen den Eingangswellen 10 und 11 und der Ausgangswelle 12 darstellbaren Übersetzungsverhältnissen kann über die Stirnradstufe 13 das höchste Übersetzungsverhältnis, über die Stirnradstufe 14 das zweithöchste Übersetzungsverhältnis, über die Stirnradstufe 15 das dritthöchste Übersetzungsverhältnis, über die Stirnradstufe 16 das vierthöchste Übersetzungsverhältnis und über die Stirnradstufe 17 das fünfthöchste Übersetzungsverhältnis realisiert werden. Insofern sind die Stirnradstufe 13, die Stirnradstufe 15 und die Stirnradstufe 17 und damit das höchste Übersetzungsverhältnis, das dritthöchste Übersetzungsverhältnis und das fünfthöchste Übersetzungsverhältnis Teil eines Teilgetriebes des Getriebes 4, welchem die zweite Eingangswelle 11 zugeordnet ist. Dagegen gehören mit der Stirnradstufe 14 und der Stirnradstufe 16 das zweithöchste Übersetzungsverhältnis und das vierthöchste Übersetzungsverhältnis zu einem anderen Teilgetriebe des Getriebes 4, welchem die erste Eingangswelle 10 zugeordnet ist. Über das Schaltelement K3 hat jedoch auch die erste Eingangswelle 10 Zugriff auf die Stirnradstufe 13, die Stirnradstufe 15 und die Stirnradstufe 17 sowie die zweite Eingangswelle 11 umgekehrt auf die Stirnradstufe 14 und die Stirnradstufe 16.
  • Die beiden Elektromaschinen 28 und 31 sind von ihrer Leistung her unterschiedlich ausgelegt, indem sich die erste Elektromaschine 28 durch eine höhere Leistung auszeichnet, als die zweite Elektromaschine 31. So ist die erste Elektromaschine 28 innerhalb des Getriebes 4 als vollwertige Antriebsmaschine konzipiert, über welche eigenständig ein Antrieb des Kraftfahrzeuges erfolgen kann. Um hierbei ein Anfahren auch in höheren Steigungen und auch bei höherer Fahrzeugmasse zu ermöglichen, kann die erste Elektromaschine 28 aufgrund ihrer Anbindung an der zweiten Eingangswelle 11 durch lediglich Schließen des Schaltelements A direkt die Stirnradstufe 13 und damit auch das höchste Übersetzungsverhältnis nutzen. Hingegen ist die zweite Elektromaschine 31 als Hilfsmaschine vorgesehen, über welche im Wesentlichen ein Starten der vorgeschalteten Verbrennungskraftmaschine 2, ein Laden zur Stromerzeugung sowie ein lediglich unterstützender Antrieb erfolgen soll.
  • Vorliegend sind das erste Schaltelement A und das fünfte Schaltelement E zu einer Schalteinrichtung 38 zusammengefasst, über deren - vorliegend nicht weiter im Detail dargestellte - Betätigungseinrichtung aus einer Neutralstellung heraus zum einen das erste Schaltelement A sowie zum anderen das fünfte Schaltelement E in einen geschlossenen Zustand überführt werden kann. Die Schalteinrichtung 38 ist hierbei auf der Ausgangswelle 12 vorgesehen. Ebenso bilden auch das zweite Schaltelement B und das vierte Schaltelement D eine Schalteinrichtung 39, bei welcher über eine gemeinsame Betätigungseinrichtung aus einer Neutralstellung heraus einerseits das zweite Schaltelement B sowie andererseits das vierte Schaltelement D betätigt werden kann. Auch diese Schalteinrichtung 39 ist hierbei auf der Ausgangswelle 12 angeordnet. Hingegen liegt das dritte Schaltelement C als Einzelschaltelement vor und ist auf der Ausgangswelle 12 platziert.
  • Auf ein axiales Ende des Getriebes 4, an welchem dieses mit der Antriebswelle 9 an den vorgeschalteten Torsionsschwingungsdämpfer 3 angebunden ist, folgen axial zunächst die Trennkupplung K0 sowie hiermit im Wesentlichen in einer Ebene die Stirnradstufe 35 mit der Abtriebsseite 37, dann die Stirnradstufe 16, die Schalteinrichtung 39, dann die Stirnradstufe 14, im Folgenden das Schaltelement K3 und das Schaltelement C, dann die Stirnradstufe 15 und axial benachbart dazu die Stirnradstufe 13, im Folgenden die Schalteinrichtung 38 sowie schließlich die Stirnradstufe 17. Die beiden Elektromaschinen 28 und 31 liegen axial zwischen der Stirnradstufe 16 einerseits und der Stirnradstufe 17 andererseits.
  • Da die erste Elektromaschine 28 über das Stirnrad 30 an der Stirnradstufe 17 angebunden ist, welche an einem axialen Ende des Getriebes 4 platziert ist, das abgewandt zu der Anbindung der Antriebswelle 9 an den vorgeschalteten Torsionsschwingungsdämpfer 3 liegt, ist zum einen ein ausreichend großer axialer Bauraum zur Unterbringung der ersten Elektromaschine 28 vorhanden. Zum anderen eignet sich das eingangswellenseitige Stirnrad 26 der Stirnradstufe 17 aufgrund seiner Abmessungen außerdem für die Einbindung der ersten Elektromaschine 28.
  • Eine Einbindung der zweiten Elektromaschine 31 ist hingegen über die Stirnradstufe 16 und damit axial unmittelbar benachbart zu Trennkupplung K0 vorgenommen, so dass auch hier ein ausreichend großer axialer Bauraum für die zweite Elektromaschine 31 zur Verfügung steht. Zudem eignet sich das eingangswellenseitige Stirnrad 24 der Stirnradstufe 16 aufgrund seiner Abmessungen ebenfalls für eine Einbindung der zweiten Elektromaschine 31.
  • Aus 3 geht eine schematische Darstellung eines Teils des Kraftfahrzeugantriebsstranges 1 aus 1 hervor, wobei in diesem Fall ein Getriebe 4' entsprechend einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung zur Anwendung gekommen ist. Dabei entspricht das Getriebe 4' nach 3 im Wesentlichen dem Getriebe 4 nach 2, mit dem Unterschied, dass die erste Eingangswelle 10 nun als Vollwelle ausgeführt ist, welche axial zwischen der Antriebswelle 9 und der zweiten Eingangswelle 11 angeordnet ist. Nach wie vor liegen die Antriebswelle 9 und die beiden Eingangswellen 10 und 11 dabei koaxial zueinander. Ansonsten entspricht die Ausgestaltungsmöglichkeit nach 3 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • 4 zeigt eine schematische Ansicht eines Teils des Kraftfahrzeugantriebsstranges 1 aus 1, welcher in diesem Fall ein Getriebe 4'' gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung aufweist. Auch diese Ausführungsform entspricht dabei weitestgehend dem Getriebe 4 aus 2. Einziger Unterschied ist nun, dass eine Trennkupplung K0' als kraftschlüssiges Schaltelement ausgeführt ist, wobei die Trennkupplung K0' hierbei als nass- oder trockenlaufende Reibkupplung vorliegt. In der Folge kann die Trennkupplung K0' zum einen unter Last geöffnet und zum anderen auch bei Vorhandensein eine Differenzdrehzahl geschlossen werden, so dass im Vorfeld des Schließens der Trennkupplung K0' keine vollständige Synchronisierung zu erfolgen hat. Ansonsten entspricht die Ausführungsform nach 4 der Variante nach 3, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • Aus 5 geht eine schematische Darstellung eines Teils des Kraftfahrzeugantriebsstranges 1 aus 1 mit einem Getriebe 4''' hervor, welches entsprechend einer vierten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung realisiert ist. Dabei entspricht diese Ausgestaltungsmöglichkeit weitestgehend dem Getriebe 4'' nach 4, indem auch hier eine Trennkupplung K0' als kraftschlüssige Kupplung ausgeführt ist, die im betätigten Zustand die Antriebswelle 9 und die erste Eingangswelle 10 drehfest miteinander verbindet. Über die Antriebswelle 9 ist dann, wie schon bei der Variante nach 4, eine Verbindung zu der Verbrennungskraftmaschine 2 über den - vorliegend hier nicht dargestellten - Torsionsschwingungsdämpfer hergestellt. Im Unterschied zu der Variante nach 4 sind nun aber das Schaltelement A und das Schaltelement C zu einer Schalteinrichtung 38' zusammengefasst, über deren Betätigungseinrichtung einerseits das Schaltelement A sowie andererseits das Schaltelement C betätigt werden kann.
  • Weiter abweichend zu der Variante nach 4 bilden das Schaltelement B und das Schaltelement E eine Schalteinrichtung 39', deren Betätigungseinrichtung zum einen das Schaltelement B sowie zum anderen das Schaltelement E in einen jeweils geschlossenen Zustand überführen kann. Aufgrund des axialen Abstandes zwischen den Schaltelementen B und E kommen hier insbesondere zwei separate Schaltgabeln zur Anwendung. Schließlich sind auch das Schaltelement D und das Schaltelement K3 zu einer Schalteinrichtung 40 zusammengefasst, über deren gemeinsame Betätigungseinrichtung einerseits das Schaltelement D sowie andererseits das Schaltelement K3 in einen jeweils betätigten Zustand überführt werden kann. Auch hier müssen bevorzugt zwei separate Schaltgabeln für das Zusammenfassen der Schaltelemente D und K3 zu der Schalteinrichtung 40 vorgesehen werden. Ansonsten entspricht die Ausgestaltungsmöglichkeit nach 5 der Variante nach 4, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • In 6 ist ein beispielhaftes Schaltschema für die Getriebe 4 bzw. 4' bzw. 4'' bzw. 4''' aus den 2 bis 5 tabellarisch dargestellt. Wie zu erkennen ist, können hierbei unterschiedliche Gänge V1 bis V5 sowie E1 bis E5 realisiert werden, wobei in den Spalten des Schaltschemas mit einem X jeweils gekennzeichnet ist, welche der Schaltelemente A, B, C, D und E jeweils geschlossen sowie ob die Trennkupplung K0 bzw. K0' betätigt ist.
  • Wie in 6 zu erkennen ist, wird ein erster Gang V1 zwischen der Antriebswelle 9 und der Ausgangswelle 12 und damit auch der Abtriebsseite 37 durch Schließen der Trennkupplung K0 bzw. K0' sowie der Schaltelemente K3 und A geschaltet, wodurch ein Kraftfluss ausgehend von der Antriebswelle 9 über die erste Eingangswelle 10 auf die zweite Eingangswelle 11 und hiervon ausgehend über die Stirnradstufe 13 auf die Ausgangswelle 12 stattfindet, von wo aus eine weitere Übersetzung auf die Abtriebsseite 37 über die Stirnradstufe 35 erfolgt. Zur Darstellung eines zweiten Ganges V2 zwischen der Antriebswelle 9 und der Ausgangswelle 12 sind hingegen die Trennkupplung K0 bzw. K0' und das Schaltelement B zu betätigen, so dass im Unterschied zum ersten Gang V1 nun eine Kraftflussführung von der ersten Eingangswelle 10 über die Stirnradstufe 14 auf die Ausgangswelle 12 vollzogen wird.
  • Ein dritter Gang V3 ergibt sich zwischen der Antriebswelle 9 und der Ausgangswelle 12 durch Schließen der Trennkupplung K0 bzw. K0' und durch Betätigen der Schaltelemente K3 und C, was eine Kraftflussführung von der Antriebswelle 9 über die erste Eingangswelle 10 auf die zweite Eingangswelle 11 und im Weiteren über die Stirnradstufe 15 auf die Ausgangswelle 12 zur Folge hat, von wo aus eine weitere Übersetzung auf die Abtriebsseite 37 über die Stirnradstufe 35 stattfindet. Des Weiteren wird ein vierter Gang V 4 geschaltet, indem sowohl die Trennkupplung K0 bzw. K0', als auch das Schaltelement D betätigt werden, wodurch eine Kraftflussführung von der Antriebswelle 9 über die erste Eingangswelle 10 und mittels der Stirnradstufe 16 auf die Ausgangswelle 12 erfolgt. Schließlich kann noch ein fünfter Gang V5 durch Betätigen der Trennkupplung K0 bzw. K0' und der Schaltelemente K3 und E dargestellt werden, so dass, wie im dritten Gang V3, eine Kraftflussführung auf die zweite Eingangswelle 11 stattfindet, dann aber eine Koppelung mit der Ausgangswelle 12 über die Stirnradstufe 17 vollzogen ist. In den Gängen V1 bis V5 ist aufgrund der Koppelung der Antriebswelle 9 mit der Abtriebsseite 37 jeweils eine Einbindung der vorgeschalteten Verbrennungskraftmaschine 2 vorgenommen, so dass diese für einen Antrieb des Kraftfahrzeuges genutzt werden kann. Aufgrund der Anbindungen der beiden Elektromaschinen 28 und 31, ist in den Gängen V1, V3, und V5 zudem jeweils auch die erste Elektromaschine 28 sowie in allen Gängen V1 bis V5 jeweils die zweite Elektromaschine 31 mit eingebunden.
  • Hingegen kann in den Gängen E1 bis E5 ein eigenständiger Antrieb des Kraftfahrzeuges über die Elektromaschine 28 vorgenommen werden, da in diesen Gängen E1 bis E5 jeweils die zweite Eingangswelle 11 mit der Ausgangswelle 12 und damit auch der Abtriebsseite 37 gekoppelt wird. Dabei ergibt sich ein erster Gang E1 zwischen der zweiten Eingangswelle 11 und der Ausgangswelle 12 durch Schließen des Schaltelements A, in welchem die zweite Eingangswelle 11 über die Stirnradstufe 13 mit der Ausgangswelle 12 gekoppelt ist. Vom Übersetzungsverhältnis her bildet der erste Gang E1 dabei bevorzugt einen Anfahrgang, in welchem auch bei größeren Steigungen und höheren Fahrzeugmassen zuverlässig aus dem Stillstand des Kraftfahrzeuges heraus angefahren werden kann. Hingegen kann ein zweiter Gang E2 zwischen der zweiten Eingangswelle 11 und der Ausgangswelle 12 durch Schließen der Schaltelemente K3 und B dargestellt werden, wodurch die zweite Eingangswelle 11 mit der Ausgangswelle 12 über die erste Eingangswelle 10 und die Stirnradstufe 14 in Verbindung gebracht ist.
  • Ein dritter Gang E3 ergibt sich zwischen der zweiten Eingangswelle 11 und der Ausgangswelle 12 durch Betätigen des Schaltelements C, wodurch die zweite Eingangswelle 11 mit der Ausgangswelle 12 über die Stirnradstufe 15 gekoppelt ist. In einem vierten Gang E4 zwischen der zweiten Eingangswelle 11 und der Ausgangswelle 12 findet dann eine Kraftflussführung ausgehend von der zweiten Eingangswelle 11 über die erste Eingangswelle 10 und die Stirnradstufe 16 statt, wozu die Schaltelemente K3 und D zu schließen sind. Schließlich wird ein fünfter Gang E5 realisiert, indem das Schaltelement E betätigt wird. Hierdurch kann eine Kraftflussführung von der zweiten Eingangswelle 11 auf die Ausgangswelle 12 mittels der Stirnradstufe 17 stattfinden. Die Gänge E1 bis E5 kann die Elektromaschine 28 dabei je nach eingeleiteter Drehrichtung jeweils entweder zur Realisierung einer Vorwärtsfahrt oder einer Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges nutzen.
  • Bevorzugt kann die Elektromaschine 31 bei einer aufeinanderfolgenden Schaltung vom ersten Gang E1 über den zweiten Gang E2 in den dritten Gang E3 eine Zugkraft rein elektrisch stützen. Dies ist möglich, da die Elektromaschine 31 im zweiten Gang E2 über die erste Eingangswelle 10 ebenfalls eingebunden ist. Dies ist analog auch bei einer aufeinanderfolgenden Schaltung vom dritten Gang E3 über den vierten Gang E4 in den fünften Gang E5 möglich, da auch hier die Elektromaschine 31 im vierten Gang E4 über das Schaltelement K3 und die erste Eingangswelle 10 mit der Ausgangswelle 12 gekoppelt ist.
  • Zudem kann die Elektromaschine 31 die für ein Schließen der Trennkupplung K0 bzw. K0' erforderliche Synchrondrehzahl herstellen bzw. die vorgeschaltete Verbrennungskraftmaschine 2 bei einem Einstellen dieser Synchrondrehzahl unterstützen. Dies wird insbesondere dann verwirklicht, wenn die Trennkupplung K0, wie bei den Varianten nach den 2 und 3, als unsynchronisierte Klauenkupplung ausgeführt ist. Ferner kann die Elektromaschine 31 dann auch die Verbrennungskraftmaschine 2 bei einer Synchronisierung vor einem Schließen des Schaltelements K3 unterstützen.
  • Bei Gangwechseln zwischen den Gängen V1 bis V5 kann die Elektromaschine 28 jeweils die Zugkraft stützen, indem entweder der erste Gang E1 oder der dritte Gang E3 oder der fünfte Gang E5 geschaltet wird. Dadurch kann aus Sicht der Verbrennungskraftmaschine lastfrei zwischen den Gängen V1 bis V5 gewechselt werden, wobei dabei ein Wechsel nur bei dem Schaltelement A bzw. dem Schaltelement C bzw. dem Schaltelement E zu vollziehen ist. Dabei kann auch die Elektromaschine 31 entsprechend bei einer Synchronisation des jeweiligen Schaltelements A bzw. C bzw. E unterstützen.
  • Während einer der Gänge V1 bis V5 gewählt ist kann parallel dazu zwischen der zweiten Eingangswelle 11 und der Ausgangswelle 12 einer der Gänge E1 bis E5 geschaltet werden. Dabei kann Gang V1 aber nur mit Gang E1, Gang V3 nur mit Gang E3 und Gang V5 nur mit Gang E5 kombiniert werden
  • Zudem besteht die Möglichkeit, lastfrei von dem ersten Gang E1 in den dritten Gang E3 sowie ausgehend vom dritten Gang E3 auch in den fünften Gang E5 zu wechsein, während über Verbrennungskraftmaschine 2 entweder im zweiten Gang V2 oder im vierten Gang V4 die Zugkraft gestützt wird. Hierdurch kann die Drehzahl der Elektromaschine 28 abgesenkt werden. Im zweiten Gang V2 oder im vierten Gang V4 kann die Elektromaschine 28 zudem auch komplett abgekoppelt werden.
  • Über die Getriebe 4 bis 4''' können unterschiedliche Betriebsmodi I bis XVII des Kraftfahrzeugantriebsstranges 1 verwirklicht werden, die in 7 tabellarisch dargestellt sind: in einem Betriebsmodus I wird dabei die Trennkupplung K0 bzw. K0' betätigt, um einen Ladebetrieb oder ein Starten der Verbrennungskraftmaschine 2 zu verwirklichen. Ersteres wird dabei dadurch realisiert, dass die Verbrennungskraftmaschine 2 über die Antriebswelle 9 und die dann drehfest hiermit verbundene erste Eingangswelle 10 die Elektromaschine 31 antreibt, die dabei als Generator betrieben wird. Zum Starten der Verbrennungskraftmaschine 2 wird hingegen umgekehrt über die Elektromaschine 31 als Elektromotor angetrieben und ein Abtrieb über die erste Eingangswelle 10 auf die drehfest hiermit verbundene Antriebswelle 9 und damit zu der Verbrennungskraftmaschine 2 vorgenommen, um letztere zu starten.
  • Auch in einem Betriebsmodus II kann ein Lade- oder Startbetrieb realisiert werden, wobei in diesem Fall die Trennkupplung K0 bzw. K0' sowie das Schaltelement K3 in einen geschlossenen Zustand überführt werden. Der Ladebetrieb wird dabei dadurch verwirklicht, indem die Verbrennungskraftmaschine 2 die Elektromaschine 28 über die Antriebswelle 9 und die hiermit drehfest verbundene, erste Eingangswelle 10 und im Weiteren über die ebenfalls drehfest angebundene, zweite Eingangswelle 11 antreibt, wobei die Elektromaschine 28 dabei als Generator betrieben wird. Wird die Elektromaschine 28 hingegen als Elektromotor betrieben, so kann aufgrund der Koppelung mit der Verbrennungskraftmaschine 2 über die zweite Eingangswelle 11, die erste Eingangswelle 10 und die Antriebswelle 9 ein Starten der Verbrennungskraftmaschine 2 vollzogen werden.
  • In den Betriebsmodi III bis VII wird hingegen ein rein verbrennungsmotorisches Fahren über die Verbrennungskraftmaschine 2 vollzogen, indem einer der Gänge V1 bis V5 geschaltet wird, wie dies bereits zu 6 beschrieben worden ist. Da in den Gängen V1 bis V5 auch jeweils die weitere Elektromaschine 31 mit eingebunden ist, kann die weitere Elektromaschine 31 hierbei durch Einspeisung eines zusätzlichen Drehmoments gezielt unterstützen. In den Gängen V1, V3 und V5 kann zudem auch die dann jeweils zusätzlich eingebundene, erste Elektromaschine 28 bei einem Antrieb des Kraftfahrzeuges unterstützen.
  • Dagegen wird in den Betriebsmodi VIII bis XII jeweils ein rein elektrisches Fahren über die erste Elektromaschine 28 durch Schalten eines der Gänge E1 bis E5 realisiert, wobei die Schaltung dieser Gänge dabei ebenfalls in 6 beschrieben worden ist.
  • Schließlich findet in den Betriebsmodi XIII bis XV jeweils ein serielles Fahren statt, indem über die erste Elektromaschine 28 ein rein elektrischer Antrieb des Kraftfahrzeuges in einem der Gänge E1, E3 oder E5 realisiert wird, während parallel dazu durch Schließen der Trennkupplung K0 bzw. K0' ein Antrieb der weiteren Elektromaschine 31 über die Verbrennungskraftmaschine 2 und damit ein Laden realisiert wird. Hierdurch kann parallel zu dem Antrieb über die Elektromaschine 28 ganz oder zumindest teilweise der hierfür notwendige Strom erzeugt werden.
  • Mittelst der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen kann ein kompakt bauendes Getriebe mit niedrigem Herstellungsaufwand verwirklicht werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kraftfahrzeugantriebsstrang
    2
    Verbrennungskraftmaschine
    3
    Torsionsschwingungsdämpfer
    4, 4', 4'', 4'''
    Getriebe
    5
    Differentialgetriebe
    6
    Antriebsrad
    7
    Antriebsrad
    8
    Getriebegehäuse
    9
    Antriebswelle
    10
    erste Eingangswelle
    11
    zweite Eingangswelle
    12
    Ausgangswelle
    13
    erste Stirnradstufe
    14
    zweite Stirnradstufe
    15
    dritte Stirnradstufe
    16
    vierte Stirnradstufe
    17
    fünfte Stirnradstufe
    18
    Stirnrad
    19
    Stirnrad
    20
    Stirnrad
    21
    Stirnrad
    22
    Stirnrad
    23
    Stirnrad
    24
    Stirnrad
    25
    Stirnrad
    26
    Stirnrad
    27
    Stirnrad
    28
    Elektromaschine
    29
    Rotorwelle
    30
    Stirnrad
    31
    Elektromaschine
    32
    Rotorwelle
    33
    Stirnrad
    34
    Stirnrad
    35
    Stirnradstufe
    36
    Stirnrad
    37
    Abtriebsseite
    38, 38'
    Schalteinrichtung
    39
    Schalteinrichtung
    40
    Schalteinrichtung
    K0, K0'
    Trennkupplung
    K3
    Schaltelement
    A
    Schaltelement
    B
    Schaltelement
    C
    Schaltelement
    D
    Schaltelement
    E
    Schaltelement
    V1
    Gang
    V2
    Gang
    V3
    Gang
    V4
    Gang
    V5
    Gang
    E1
    Gang
    E2
    Gang
    E3
    Gang
    E4
    Gang
    E5
    Gang
    I bis XV
    Betriebsmodi
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102010030573 A1 [0003, 0018]

Claims (17)

  1. Getriebe (4; 4'; 4''; 4''') für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine erste Eingangswelle (10), eine zweite Eingangswelle (11) und eine Ausgangswelle (12), wobei die erste Eingangswelle (10) über ein erstes Schaltelement (K3) drehfest mit der zweiten Eingangswelle (11) in Verbindung bringbar sowie über eine Trennkupplung (K0; K0') mit einer Antriebswelle (9) drehfest verbindbar ist, die dazu eingerichtet ist, das Getriebe (4; 4'; 4''; 4''') mit einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges zu verbinden, wobei die zweite Eingangswelle (11) mit einem Rotor einer Elektromaschine (28) gekoppelt ist, und wobei mehrere Stirnradstufen (13, 14, 15, 16, 17) vorgesehen sind, über welche jeweils die Ausgangswelle (12) durch Betätigung je eines zugehörigen Schaltelements (A, B, C, D, E) mit je einer der Eingangswellen (10, 11) in Verbindung bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Ausgangswelle (12) und der zweiten Eingangswelle (11) eine erste Stirnradstufe (13) vorgesehen ist, welche bei Betätigung eines zugehörigen, zweiten Schaltelements (A) die zweite Eingangswelle und die Ausgangswelle (12) miteinander koppelt, und dass über die erste Stirnradstufe (13) ein größtes Übersetzungsverhältnis der Stirnradstufen (13, 14, 15, 16, 17) darstellbar ist.
  2. Getriebe (4; 4'; 4''; 4''') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswellen (10, 11) koaxial zueinander liegend angeordnet sind, wobei die erste Eingangswelle (10) als Hohlwelle und die zweite Eingangswelle (11) als Vollwelle vorliegt.
  3. Getriebe (4; 4'; 4''; 4''') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswellen (10, 11) koaxial zueinander liegend angeordnet sind und jeweils als Vollwellen vorliegen, wobei die erste Eingangswelle (10) axial zwischen der Antriebswelle (9) und der zweiten Eingangswelle (11) platziert ist.
  4. Getriebe (4; 4'; 4''; 4''') nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Eingangswelle (10) zudem mit einem Rotor einer weiteren Elektromaschine (31) gekoppelt ist.
  5. Getriebe (4; 4'; 4''; 4''') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Eingangswelle (10) bei Betätigung eines dritten Schaltelements (B) über eine zweite Stirnradstufe (14), die zweite Eingangswelle (11) bei Betätigung eines vierten Schaltelements (C) mittels einer dritten Stirnradstufe (15), die erste Eingangswelle (10) bei Schließen eines fünften Schaltelements (D) über eine vierte Stirnradstufe (16) sowie die zweite Eingangswelle (11) bei Betätigung eines sechsten Schaltelements (E) mittels einer fünften Stirnradstufe (17) jeweils mit der Ausgangswelle (12) gekoppelt ist.
  6. Getriebe (4; 4'; 4''; 4''') nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass über die zweite Stirnradstufe (14) das zweithöchste Übersetzungsverhältnis der Stirnradstufen (13, 14, 15, 16, 17), über die dritte Stirnradstufe (15) das dritthöchste Übersetzungsverhältnis der Stirnradstufen (13, 14, 15, 16, 17), über die vierte Stirnradstufe (16) das vierthöchste Übersetzungsverhältnis der Stirnradstufen (13, 14, 15, 16, 17) und über die fünfte Stirnradstufe (17) das fünfthöchste Übersetzungsverhältnis der Stirnradstufen (13, 14, 15, 16, 17) darstellbar ist.
  7. Getriebe (4; 4'; 4''; 4''') nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich - ein erster Gang (E1) zwischen der zweiten Eingangswelle (11) und der Ausgangswelle (12) durch Betätigen des zweiten Schaltelements (A), - ein zweiter Gang (E2) zwischen der zweiten Eingangswelle (11) und der Ausgangswelle (12) durch Schließen des ersten Schaltelements (K3) und des dritten Schaltelements (B), - ein dritter Gang (E3) zwischen der zweiten Eingangswelle (11) und der Ausgangswelle (12) durch Schließen des vierten Schaltelements (C), - ein vierter Gang (E4) zwischen der zweiten Eingangswelle (11) und der Ausgangswelle (12) durch Betätigen des ersten Schaltelements (K3) und des fünften Schaltelements (D) sowie - ein fünfter Gang (E5) zwischen der zweiten Eingangswelle (11) und der Ausgangswelle (12) durch Betätigen des sechsten Schaltelements (E) ergibt.
  8. Getriebe (4; 4'; 4''; 4''') nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich - ein erster Gang (V1) zwischen der Antriebswelle (9) und der Ausgangswelle (12) durch Schließen der Trennkupplung (K0; K0' ) und Betätigen des ersten Schaltelements (K3) und des zweiten Schaltelements (A), - ein zweiter Gang (V2) zwischen der Antriebswelle (9) und der Ausgangswelle (12) durch Schließen der Trennkupplung (K0; K0' ) und Betätigen des dritten Schaltelements (B), - ein dritter Gang (V3) zwischen der Antriebswelle (9) und der Ausgangswelle (12) durch Schließen der Trennkupplung (K0; K0' ) und Betätigen des ersten Schaltelements (K3) und des vierten Schaltelements (C), - ein vierter Gang (V4) zwischen der Antriebswelle (9) und der Ausgangswelle (12) durch Schließen der Trennkupplung (K0; K0' ) und Betätigen des fünften Schaltelements (D), sowie - ein fünfter Gang (V5) zwischen der Antriebswelle (9) und der Ausgangswelle (12) durch Schließen der Trennkupplung (K0; K0' ) und Betätigen des ersten Schaltelements (K3) und des sechsten Schaltelements (E) ergibt.
  9. Getriebe (4; 4'; 4''; 4''') nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnradstufen (13, 14, 15, 16, 17) axial auf die Antriebswelle (9) folgend in der Reihenfolge vierte Stirnradstufe (16), zweite Stirnradstufe (14), dritte Stirnradstufe (15), erste Stirnradstufe (13) und fünfte Stirnradstufe (17) angeordnet sind.
  10. Getriebe (4; 4'; 4'') nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltelement (A) und das sechste Schaltelement (E) zu einer Schalteinrichtung (38) zusammengefasst sind.
  11. Getriebe (4; 4'; 4'') nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Schaltelement (B) und das fünfte Schaltelement (D) zu einer Schalteinrichtung (39) zusammengefasst sind.
  12. Getriebe (4; 4'; 4''; 4''') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor der Elektromaschine (28) an einem Stirnrad (26) einer (17) der Stirnradstufen (13, 15, 17) angebunden ist, über welche die zweite Eingangswelle (11) mit der Ausgangswelle (12) unmittelbar koppelbar ist.
  13. Getriebe (4; 4'; 4''; 4''') nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor der weiteren Elektromaschine (31) an einem Stirnrad (24) einer (16) der Stirnradstufen (14, 16) angebunden ist, über welche die erste Eingangswelle (10) mit der Ausgangswelle (12) unmittelbar koppelbar ist.
  14. Getriebe (4; 4'; 4''; 4''') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das einzelne Schaltelement (A, B, C, D, E) als formschlüssiges Schaltelement, insbesondere als Klauenschaltelement, ausgeführt ist.
  15. Getriebe (4; 4'; 4''; 4''') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle (12) ein Stirnrad (34) einer Stirnradstufe (35) drehfest trägt, wobei das Stirnrad (34) dieser Stirnradstufe (35) mit einem weiteren Stirnrad (36) im Zahneingriff steht, welches die Abtriebsseite (37) bildet.
  16. Kraftfahrzeugantriebsstrang (1), insbesondere für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug, umfassend ein Getriebe (4; 4'; 4''; 4''') nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15.
  17. Verfahren zum Betreiben eines Getriebes (4; 4'; 4''; 4''') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Darstellung eines Ladebetriebes oder eines Startbetriebes die Trennkupplung (K0; K0' ) und das erste Schaltelement (K3) geschlossen werden.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4242032A1 (de) * 2022-03-10 2023-09-13 Suzuki Motor Corporation Hybridfahrzeug

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010030573A1 (de) 2010-06-28 2011-12-29 Zf Friedrichshafen Ag Hybridantrieb mit einem automatisierten Schaltgetriebe

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