DE102022201819A1 - Getriebe, Kraftfahrzeugantriebsstrang, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Getriebes - Google Patents

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    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/62—Gearings having three or more central gears
    • F16H3/66—Gearings having three or more central gears composed of a number of gear trains without drive passing from one train to another
    • F16H3/663—Gearings having three or more central gears composed of a number of gear trains without drive passing from one train to another with conveying rotary motion between axially spaced orbital gears, e.g. RAVIGNEAUX

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Elektromaschine (EM), eine erste Antriebswelle (GW1), eine zweite Antriebswelle (GW2), eine Abtriebswelle (GWA), zwei Planetenradsätze (P1, P2) sowie zumindest sieben Schaltelemente (K03, K06, K14, K18, K13, K08, E8, E2, E1), wobei durch selektives Betätigen der zumindest sieben Schaltelemente (K03, K06, K14, K18, K13, K08, E8, E2, E1) unterschiedliche Gänge schaltbar und zudem im Zusammenspiel mit der Elektromaschine (EM) unterschiedliche Betriebsmodi darstellbar sind, sowie Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Getriebe (G) und Verfahren zum Betreiben desselbigen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Getriebe, einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Getriebes.
  • Aus der DE 10 2014 226 699 A1 ist ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug bekannt, mit einer Eingangswelle, einer Abtriebswelle, einem als Stufenplanetenradsatz ausgebildeten ersten Planetenradsatz, dessen Planetenräder zwei unterschiedliche Wirkdurchmesser aufweisen, und einem zweiten Planetenradsatz, wobei der erste und der zweite Planetenradsatz als Minus-Radsätze ausgebildet sind. Ein erstes Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes steht mit dem größeren Wirkdurchmesser der Planetenräder in Eingriff steht, wobei ein zweites Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mit dem kleineren Wirkdurchmesser der Planetenräder in Eingriff steht. Das zweite Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes ist mit einem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes ständig verbunden. Ein Steg des ersten Planetenradsatzes ist mit einem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes ständig verbunden. Die Eingangswelle ist über ein erstes Schaltelement mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes und über ein zweites Schaltelement mit dem zweiten Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes verbindbar. Die Abtriebswelle ist an das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes angebunden. Das Getriebe weist zudem eine erste elektrische Maschine mit einem drehfesten Stator und einem drehbaren Rotor auf, wobei die Eingangswelle über ein drittes Schaltelement mit dem Rotor der ersten elektrischen Maschine verbindbar ist, wobei das erste Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mit dem Rotor der ersten elektrischen Maschine entweder ständig oder über ein Zusatzschaltelement schaltbar verbunden ist, und wobei ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes über ein viertes Schaltelement drehfest festsetzbar ist.
  • Aus der DE 10 2014 226 708 A1 ist ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug bekannt, mit einer Eingangswelle, einer Abtriebswelle, einem ersten Planetenradsatz, einem zweiten Planetenradsatz, und zumindest einem ersten Schaltelement, einem zweiten Schaltelement und einem dritten Schaltelement, wobei der erste und der zweite Planetenradsatz als Minus-Radsätze ausgebildet sind, wobei ein Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mit einem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes ständig verbunden ist und derart Bestandteil einer ersten Koppelwelle ist, wobei ein Steg des ersten Planetenradsatzes mit einem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes ständig verbunden ist und derart Bestandteil einer zweiten Koppelwelle ist, wobei die Eingangswelle über das zweite Schaltelement mit einem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes verbindbar ist, wobei die Abtriebswelle an die zweite Koppelwelle unmittelbar angebunden ist, wobei der Steg des zweiten Planetenradsatzes durch Schließen des dritten Schaltelements drehfest festsetzbar ist, wobei die Eingangswelle über das erste Schaltelement mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes verbindbar ist, wobei das Getriebe eine erste Elektromaschine mit einem drehfesten Stator und einem drehbaren Rotor aufweist, wobei der Rotor mit der ersten Koppelwelle entweder ständig oder schaltbar verbunden ist, wobei das erste und dritte Schaltelement als lastschaltbare Schaltelemente ausgebildet sind, welche im geschlossenen Zustand eine kraftschlüssige Verbindung herstellen, und wobei das zweite Schaltelement als ein formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist, insbesondere als ein Klauenschaltelement.
  • Ein Nachteil der im Stand der Technik beschriebenen Getriebe liegt darin, dass die Elektromaschine im fünften und sechsten Gang steht, die Drehzahl des Rotors also gleich Null ist. Die Vorwärtsgänge können also nicht über das gesamte Spektrum nicht zugkraftunterbrochen geschaltet werden.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, das bekannte Getriebe zu verbessern, indem ein Getriebe mit fünf oder sechs Vorwärtsgängen bereitgestellt wird, deren Vorwärtsgänge nicht zugkraftunterbrochen geschaltet werden können. Zudem soll ein Getriebe bereitgestellt werden, das zusätzlich geringere insbesondere durch Schaltelemente bewirkte Reibverluste aufweist.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Das Getriebe umfasst eine erste Antriebswelle, eine zweite Antriebswelle, eine Abtriebswelle, einen ersten Planetenradsatz, der als ein Stufenplanetenradsatz ausgebildet ist, dessen Planetenräder zwei unterschiedliche große Wirkdurchmesser ausweisen, sowie einen zweiten Planetenradsatz. Ein erstes Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes steht mit dem größeren Wirkdurchmesser der Planetenräder in Eingriff. Ein zweites Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes steht mit dem kleineren Wirkdurchmesser der Planetenräder in Eingriff. Das zweite Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes ist mit einem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes ständig verbunden. Das Getriebe weist zumindest sieben Schaltelemente sowie eine Elektromaschine auf, wobei ein Rotor der Elektromaschine mit der zweiten Antriebswelle in Verbindung steht.
  • Das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes ist drehfest mit der Abtriebswelle und drehfest mit dem zweiten Planetenradträger verbunden. Das zweite Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes ist drehfest mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden. Das erste Schaltelement ist ausgebildet, das erste Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes an einem drehfesten Bauelement festzusetzen. Das zweite Schaltelement ist ausgebildet, das erste Hohlrad des ersten Planetenradsatzes an dem drehfesten Bauelement festzusetzen. Das dritte Schaltelement ist ausgebildet, das zweite Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes und dadurch zugleich das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit der ersten Antriebswelle zu verbinden. Das vierte Schaltelement ist ausgebildet, den zweiten Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit der ersten Antriebswelle zu verbinden. Das fünfte Schaltelement ist ausgebildet, das erste Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes drehfest mit der ersten Antriebswelle zu verbinden. Das sechste Schaltelement ist ausgebildet, die zweite Antriebswelle an dem drehfesten Bauelement festzusetzen. Das siebte Schaltelement ist ausgebildet, die zweite Antriebswelle mit einem Element aus der Gruppe erste Antriebswelle, Abtriebswelle und zweiter Planetenradträger drehfest zu verbinden.
  • Eine jeweilige drehfeste Verbindung der rotierbaren Komponenten des Getriebes ist erfindungsgemäß bevorzugt über eine oder auch mehrere zwischenliegende Wellen realisiert, die dabei bei räumlich dichter Lage der Komponenten auch als kurze Zwischenstücke vorliegen können. Konkret können die Komponenten, die permanent drehfest miteinander verbunden sind, dabei jeweils entweder als drehfest miteinander verbundene Einzelkomponenten oder auch einstückig vorliegen. Im zweitgenannten Fall werden dann die jeweiligen Komponenten und die ggf. vorhandene Welle durch ein gemeinsames Bauteil gebildet, wobei dies insbesondere eben dann realisiert wird, wenn die jeweiligen Komponenten im Getriebe räumlich dicht beieinander liegen.
  • Bei Komponenten des Getriebes, die erst durch Betätigung eines jeweiligen Schaltelements drehfest miteinander verbunden werden, wird eine Verbindung ebenfalls bevorzugt über eine oder auch mehrere zwischenliegende Wellen verwirklicht.
  • Ein Festsetzen erfolgt insbesondere durch drehfestes Verbinden mit einem drehfesten Bauelement des Getriebes, bei welchem es sich vorzugsweise um eine permanent stillstehende Komponente handelt, bevorzugt um ein Gehäuse des Getriebes, einen Teil eines derartigen Gehäuses oder ein damit drehfest verbundenes Bauelement.
  • Unter der „Verbindung“ des Rotors der Elektromaschine mit der zweiten Antriebswelle des Getriebes ist im Sinne der Erfindung eine derartige Verbindung zu verstehen, dass zwischen dem Rotor der Elektromaschine und der zweiten Antriebswelle eine gleichbleibende Drehzahlabhängigkeit vorherrscht.
  • Das Getriebe weist einen kompakten Aufbau auf, da es lediglich zwei Planetenradsätze beinhaltet. Durch selektives Betätigen der Schaltelemente lassen sich insbesondere fünf oder sechs Vorwärtsgänge nicht zugkraftunterbrochen darstellen. Zudem kann mindestens ein, insbesondere zwei Rückwärtsgänge dargestellt werden. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau ist ein zur Eingangswelle achsparalleler Abtrieb möglich. Das Getriebe kann daher insbesondere für einen Front-Quer-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges verwendet werden.
  • Hierbei ist das jeweilige Schaltelement bevorzugt entweder als Klauenschaltelement oder als Sperrsynchronisation ausgeführt. Formschlüssige Schaltelemente haben gegenüber kraftschlüssigen Schaltelementen den Vorteil, dass im geöffneten Zustand geringere Schleppverluste auftreten, so dass sich ein besserer Wirkungsgrad des Getriebes erreichen lässt. Insbesondere sind bei dem erfindungsgemäßen Getriebe alle Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente verwirklicht, so dass sich möglichst geringe Schleppverluste erreichen lassen. Prinzipiell könnte aber auch ein Schaltelement oder könnten mehrere Schaltelemente als kraftschlüssige Schaltelemente, beispielsweise als Lamellenschaltelemente, gestaltet sein.
  • Die durch die Elemente der Planetenradsätze und/oder durch Wellen des Getriebes bewirkten Drehmomente bei einer Schaltung einer Gangstufe bzw. eines Ganges werden bevorzugt an der Elektromaschine abgestützt. Liegen die Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente bspw. in der Form eines oder mehrere Klauenschaltelemente vor, können die drehmomentübertragenden Klauenschaltelemente durch die Abstützung an der Elektromaschine zudem in einen lastfreien Zustand überführt werden, sodass andere Gänge geschaltet werden können. Mit der Elektromaschine können zudem die Funktionen Boosten, Rekuperieren, elektrisch Fahren ... dargestellt werden.
  • Für die Funktion der Drehmomentabstützung kann die Elektromaschine an ein beliebiges Element aus der Gruppe Antriebswelle, Abtriebswelle und zweiter Planetenradträger angekoppelt sein.
  • Das siebte Schaltelement kann demnach ausgebildet sein, die zweite Antriebswelle drehfest mit dem zweiten Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes zu verbinden. Ist das siebte Schaltelement gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform eingelegt, so können bis zu sechs, bevorzugt mindestens fünf, weiter bevorzugt fünf oder sechs Vorwärtsgänge nicht zugkraftunterbrochen dargestellt werden.
  • Alternativ dazu kann das siebte Schaltelement ausgebildet sein, die zweite Antriebswelle drehfest mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes bzw. mit der Abtriebswelle zu verbinden. Anders ausgedrückt ist der Rotor der Elektromaschine direkt mit dem Abtrieb verbunden. Ist das Schaltelement in dieser bevorzugten Ausführungsform eingelegt, so können bis zu sechs, bevorzugt mindestens fünf, weiter bevorzugt fünf oder sechs Vorwärtsgänge nicht zugkraftunterbrochen dargestellt werden.
  • Alternativ dazu kann das siebte Schaltelement ausgebildet sein, die zweite Antriebswelle drehfest mit der ersten Antriebswelle zu verbinden. Ist das Schaltelement in dieser bevorzugten Ausführungsform eingelegt, so können bis zu sechs, bevorzugt mindestens fünf, weiter bevorzugt fünf oder sechs Vorwärtsgänge nicht zugkraftunterbrochen dargestellt werden. Diese Ausführungsform ist jedoch besonders gut geeignet für hohe Drehmomentanforderungen im ersten Gang und/oder im Rückwärtsgang.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zusätzlich zum siebten Schaltelement ein achtes Schaltelement vorgesehen. Das achte Schaltelement ist angeordnet und ausgebildet, die zweite Antriebswelle mit einem zweiten Element aus der Gruppe erste Antriebswelle, Abtriebswelle und erster Planetenradträger drehfest zu verbinden. Die selektive Ankopplung der Elektromaschine an zwei unterschiedliche Elemente bzw. Wellen ermöglicht die Drehmomentbelastung des Getriebes je nach Bedarf zu verteilen. So kann bspw. bei einer ersten Gruppe von Vorwärtsgängen das siebte Schaltelement betätigt sein und das achte Schaltelement offen sein. Bei einer zweiten Gruppe von Vorwärtsgängen kann es umgekehrt sein.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es bevorzugt, wenn ein neuntes Schaltelement angeordnet und ausgebildet ist, die zweite Antriebswelle mit einem dritten Element aus der Gruppe erste Antriebswelle, Abtriebswelle und erster Planetenradträger drehfest zu verbinden.
  • So lässt sich ein Getriebe bereitstellen, dass einerseits während der Hochschaltung der Gänge nicht zugkraftunterbrochen geschaltet werden kann und andererseits den mit steigender Gangzahl zunehmenden Drehmomenten durch einen Wechsel der Anbindung der Elektromaschine Rechnung tragen kann. Durch die dritte Anbindungsmöglichkeit über das neunte Schaltelement können insbesondere im ersten Gang und/oder im Rückwärtsgang höhere Drehmomente zur Verfügung gestellt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zusätzlich zum siebten Schaltelement, das achte Schaltelement und das neunte Schaltelement vorgesehen. So lassen sich die Vorteile der Drehmomentverteilung ab dem vierten Gang als auch die Möglichkeit der Zurverfügungstellung hoher Drehmomente im ersten und im Rückwärtsgang kombinieren. Demnach ist es bevorzugt, wenn
    das siebte Schaltelement ausgebildet ist, die zweite Antriebswelle drehfest mit dem ersten Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes zu verbinden, und
    das achte Schaltelement ausgebildet ist, die zweite Antriebswelle drehfest mit der Abtriebswelle zu verbinden, und
    das neunte Schaltelement ausgebildet ist, die zweite Antriebswelle drehfest mit der ersten Antriebswelle zu verbinden.
  • Durch selektives Schließen oder Betätigen der Schaltelemente können bis zu sechs, insbesondere fünf oder sechs Vorwärtsgänge zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle aufweist. So ergibt sich
    ein erster Gang durch Betätigen des zweiten Schaltelements (B) und des fünften Schaltelements,
    ein zweiter Gang durch Betätigen des zweiten Schaltelements und des dritten Schaltelements,
    ein dritter Gang durch Betätigen des zweiten Schaltelements und des vierten Schaltelements,
    ein vierter Gang durch Betätigen des vierten Schaltelements und des fünften Schaltelements,
    ein fünfter Gang durch Betätigen des ersten Schaltelements und des vierten Schaltelements,
    wobei ein Schaltelement aus der Gruppe siebtes, achtes und neuntes Schaltelement betätigt ist, sodass eine jeweilige Gangstufe an der Elektromaschine abgestützt ist.
  • So kann ein Getriebe mit fünf Vorwärtsgängen bereitgestellt werden. Bevorzugt ist es, wenn sich durch Betätigen des ersten Schaltelements und des dritten Schaltelements zusätzlich zu den ersten fünf Gängen ein sechster Gang ergibt.
  • Es hat sich als sehr vorteilhaft herausgestellt, wenn das siebte Schaltelement im ersten, zweiten und dritten Gang betätigt ist. Es hat sich ebenfalls als sehr vorteilhaft herausgestellt, wenn das achte Schaltelement im vierten und fünften Gang betätigt ist. Im Falle eines 6-Gang-Getriebes hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das achte Schaltelement im vierten, fünften und sechsten Gang betätigt ist.
  • Demnach wird beim Wechsel des dritten Ganges auf den vierten Gang das siebte Schaltelement ausgelegt und das achte Schaltelement eingelegt. Die dadurch bewirkte Umkopplung der Elektromaschine vom Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes auf das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und damit auf die Abtriebswelle des Getriebes ermöglicht vorteilhaft die Übertragung größerer Drehmomente, die insbesondere ab dem vierten Gang entstehen.
  • Bevorzugt ist es, wenn sich durch selektives Betätigen der Schaltelemente zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle
    ein erster Rückwärtsgang durch Betätigen des fünften Schaltelements und des sechsten Schaltelements, und
    ein zweiter Rückwärtsgang durch Betätigen des dritten Schaltelements und des sechsten Schaltelements ergibt,
    wobei ein Schaltelement aus der Gruppe siebtes, achtes und neuntes Schaltelement betätigt ist, sodass eine jeweilige Gangstufe an der Elektromaschine abgestützt ist.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn das neunte Schaltelement im ersten Vorwärtsgang oder in einem der Rückwärtsgänge betätigt ist, sodass die Elektromaschine direkt mit der Antriebswelle verbunden ist. Die Anbindung der Elektromaschine an die Antriebswelle bewirkt die Übertragung hoher Drehmomente.
  • Das Getriebe weist vorzugsweise einen ersten elektrodynamischen Betriebsmodus auf, in dem die Elektromaschine an den Planetenradträger angekoppelt ist und das dritte Schaltelement (K14) geschlossen ist. Es sind demnach das siebte Schaltelement und das dritte Schaltelement geschlossen. Hierdurch kann ein EDA-Modus für Vorwärtsfahrt realisiert werden. EDA bedeutet, dass über einen oder mehrere Planetenradsätze eine Drehzahlüberlagerung von Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, Drehzahl der Elektromaschine und der Drehzahl der Abtriebswelle stattfindet, sodass ein Anfahren aus dem Stillstand bei laufendem Verbrennungsmotor möglich ist. Anders ausgedrückt, kann dadurch das an der Abtriebswelle anliegende Drehmoment stufenlos verändert werden. Dabei stützt die Elektromaschine ein Drehmoment ab.
  • Der erste EDA-Modus wird durch alleiniges Betätigen des siebten (E8) und des dritten Schaltelements (K14) bewirkt, wodurch die erste Antriebswelle mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden wird. Die erste Antriebswelle kann demnach das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes antreiben. Die Elektromaschine ist mit dem Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes verbunden und kann entsprechend dieses antreiben. So ist Anfahren vorwärts über das Hohlrad, das mit der Abtriebswelle verbunden ist, möglich.
  • Das Getriebe weist vorzugsweise einen zweiten elektrodynamischen Betriebsmodus auf, in dem die Elektromaschine an den Planetenradträger angekoppelt ist und das fünfte Schaltelement (K13) geschlossen ist. Es sind demnach das siebte Schaltelement und das fünfte Schaltelement geschlossen. Hierdurch kann ein EDA-Modus für Vorwärtsfahrt realisiert werden.
  • Der zweite EDA-Modus wird durch alleiniges Betätigen des siebten und des fünften Schaltelements bewirkt, wodurch die erste Antriebswelle mit dem ersten Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden wird. Die erste Antriebswelle kann demnach über die konstante Übersetzung des Stufenplaneten das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes antreiben. Die Elektromaschine ist mit dem Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes verbunden und kann entsprechend dieses antreiben. So ist Anfahren vorwärts über das Hohlrad, das mit der Abtriebswelle verbunden ist, möglich.
  • Durch die unterschiedliche Anbindung eignet sich der zweite elektrodynamische Betriebsmodus für lange Übersetzungen zwischen der Eingangswelle und der Abtriebswelle, während der erste elektrodynamische Betriebsmodus besonders für kurze Übersetzungen zwischen der Eingangswelle und der Abtriebswelle geeignet ist. Bei Anwendung des Getriebes im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ist der erste elektrodynamische Betriebsmodus somit beispielsweise für geringe Fahrzeuggeschwindigkeiten und für das Anfahren des Kraftfahrzeugs geeignet, während der zweite elektrodynamische Betriebsmodus für höhere Fahrzeuggeschwindigkeiten geeignet ist.
  • Das Getriebe weist vorzugsweise einen ersten elektrischen Betriebsmodus auf, in dem das siebte Schaltelement (E8) und zusätzlich das erste (K03) und zweite (K06) Schaltelement geschlossen und alle weiteren Schaltelemente geöffnet sind. In diesem ersten elektrischen Betriebsmodus sind sowohl der erste Planetenradsatz als auch der zweite Planetenradsatz im Leistungsfluss. Die erste Antriebswelle und alle damit verbundenen Elemente sind von der Abtriebswelle entkoppelt, wodurch allfällige Schleppverluste verringert werden.
  • Das Getriebe weist vorzugsweise einen zweiten elektrischen Betriebsmodus auf, in dem das achte Schaltelement (E2) geschlossen und alle weiteren Schaltelemente geöffnet sind. In diesem zweiten elektrischen Betriebsmodus weist das Getriebe einen besonders hohen Wirkungsgrad auf, da die zweite Antriebswelle direkt mit der Abtriebswelle verbunden ist. Zudem sind die Eingangswelle und alle damit verbundenen Elemente von der Abtriebswelle entkoppelt, wodurch allfällige Schleppverluste verringert werden.
  • Bevorzugt ist es, wenn das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement zu einem ersten Doppelschaltelement zusammengefasst sind, welchem ein Betätigungselement zugeordnet ist, wobei über das Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus einerseits das erste Schaltelement und andererseits das zweite Schaltelement betätigbar ist. Das Doppelschaltelement weist somit drei Schaltstellungen auf.
  • Bevorzugt ist es, wenn das dritte Schaltelement und das fünfte Schaltelement zu einem zweiten Doppelschaltelement zusammengefasst sind, welchem ein Betätigungselement zugeordnet ist, wobei über das Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus einerseits das dritte Schaltelement und andererseits das fünfte Schaltelement betätigbar ist. Das Doppelschaltelement weist somit drei Schaltstellungen auf.
  • Bevorzugt ist es, wenn das vierte Schaltelement und das neunte Schaltelement zu einem dritten Doppelschaltelement zusammengefasst sind, welchem ein Betätigungselement zugeordnet ist, wobei über das Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus einerseits das vierte Schaltelement und andererseits das neunte Schaltelement betätigbar ist. Das Doppelschaltelement weist somit drei Schaltstellungen auf.
  • Bevorzugt ist es, wenn das sechste Schaltelemen, das siebte Schaltelement und das achte Schaltelement zu einem Dreifach-Schaltelement zusammengefasst sind, welchem ein Betätigungselement zugeordnet ist, wobei über das Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus einerseits das achte Schaltelement und sechste Schaltelement und andererseits das siebte Schaltelement betätigbar ist. Das Dreifachschaltelement weist somit vier Schaltstellungen auf.
  • Die Zusammenfassung von mehreren Schaltelementen führt zu einer Reduzierung des Herstellungsaufwandes, da eine einzige Betätigungseinrichtung für zwei bzw. drei Schaltelemente verwendet werden kann.
  • Entsprechend der Erfindung ist der Rotor der Elektromaschine drehfest mit der zweiten Antriebswelle verbunden. Die zweite Antriebswelle wiederum ist mit dem Planetenradträger, dem Hohlrad oder der ersten Antriebselle verbindbar. Die Elektromaschine ist bevorzugt koaxial zu den Planetenradsätzen angeordnet. Der Rotor der Elektromaschine ist dabei bevorzugt unmittelbar drehfest mit der zweiten Antriebswelle verbunden. Bei einer koaxialen Anordnung der Elektromaschine sind die beiden Planetenradsätze dann zudem weiter bevorzugt axial beabstandet zur Elektromaschine angeordnet sein, so dass das Getriebe besonders radial kompakt baut.
  • Vorzugsweise sind sämtliche Schaltelemente mittels eines geschlossenen Hydrauliksystems betätigbar. Das geschlossene Hydrauliksystem weist dazu einen Druckspeicher auf, der als primäre Druckversorgung dient. Unterschreit der Druck im Druckspeicher einen Grenzwert, so wird der Druck im Druckspeicher durch eine vorzugsweise elektrisch angetriebene Pumpe angehoben. Dies reduziert den Leistungsbedarf des Hydrauliksystems, und verbessert so den Wirkungsgrad des Getriebes. Alternativ dazu kann die Betätigung der Schaltelemente auch mittels eines herkömmlichen offenen Hydrauliksystems erfolgen, bei dem die Pumpe ständig Hydraulikfluid fördert. Gemäß einer weiteren Alternative kann die Betätigung der Schaltelemente auch mittels eines elektromechanischen Betätigungssystems erfolgen. Dies verbessert den Wirkungsgrad des Getriebes sowie dessen Bauaufwand nochmals erheblich.
  • Das Getriebe kann Bestandteil eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sein. Der Hybridantriebsstrang weist neben dem Getriebe auch eine Verbrennungskraftmaschine auf, welche über einen Torsionsschwingungsdämpfer mit der Eingangswelle des Getriebes drehelastisch verbunden ist. Die Abtriebswelle des Getriebes ist mit einem Achsgetriebe antriebswirkverbunden, welches das Drehmoment auf Räder des Kraftfahrzeugs verteilt. Der Antriebsstrang ermöglicht mehrere Antriebsmodi des Kraftfahrzeugs. Im elektrischen Betriebsmodus wird das Kraftfahrzeug allein von der Elektromaschine des Getriebes angetrieben. In einem rein verbrennungsmotorischen Betrieb wird das Kraftfahrzeug allein von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben. Im ersten und zweiten elektrodynamischen Betriebsmodus wird das Kraftfahrzeug durch Zusammenwirken der Verbrennungskraftmaschine und der ersten elektrischen Maschine des Getriebes angetrieben.
  • Der Antriebsstrang mit dem erfindungsgemäßen Getriebe erlaubt auch ein Laden eines Energiespeichers im Fahrzeugstillstand. Dazu sind sämtliche Schaltelemente bis auf das neunte Schaltelement geöffnet (kann zusätzlich auch SE K13 geschlossen sein?). Somit kann die mit der Eingangswelle verbundene Verbrennungskraftmaschine die Elektromaschine antreiben, welche in einem generatorischen Betriebspunkt betrieben wird und somit einen Ladestrom erzeugt, der zum Laden des Energiespeichers benutzt werden kann.
  • Soll das Kraftfahrzeug unmittelbar aus dem oben beschriebenen Ladebetrieb anfahren, so wird das neunte Schaltelement geöffnet und die Rotordrehzahl der ersten elektrischen Maschine auf Null reduziert. Dadurch stehen sämtliche Elemente der beiden Planetenradsätze still. Anschließend wird das zweite (K06), fünfte (K13) und siebte (E8) Schaltelement geschlossen. Somit ist auch ein Anfahrvorgang ausgehend vom Standladebetrieb möglich, der direkt in den ersten Vorwärtsgang führt. Alternativ dazu kann für hohe Drehmomentanforderungen das neunte Schaltelement geschlossen bleiben.
  • Alternativ dazu kann ausgehend vom Standladebetrieb auch direkt in den ersten elektrodynamischen Betriebsmodus gewechselt werden. Dazu wird einerseits das neunte Schaltelement (E1) geöffnet und anschließend siebte (E8) Schaltelement geschlossen. Anschließend wird die Rotordrehzahl der Elektromaschine erhöht, bis Synchrondrehzahl zwischen der ersten Antriebswelle und dem zweiten Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes besteht. Nach Erreichen dieser Synchrondrehzahl wird das dritte Schaltelement (K14) geschlossen, wodurch sich das Getriebe im ersten elektrodynamischen Betriebsmodus befindet. Durch geeignete Variation der Drehmomente der mit der Eingangswelle verbundenen Verbrennungskraftmaschine und der ersten elektrischen Maschine kann das an der Abtriebswelle anliegende Drehmoment stufenlos variiert werden, wodurch das Fahrzeug anfahren kann. Dazu muss die Elektromaschine in einem generatorischen Betriebspunkt betrieben werden, wodurch ein solcher Anfahrvorgang auch bei leerem Energiespeicher durchgeführt werden kann.
  • Soll ausgehend vom ersten elektrodynamischen Betriebsmodus in den zweiten Vorwärtsgang gewechselt werden, so wird die Rotordrehzahl der Elektromaschine derart eingestellt, dass das Sonnenrad (SO2) des zweiten Planetenradsatzes stillsteht. Anschließend kann das zweite Schaltelement (K06) geschlossen werden, wodurch sich das Getriebe im zweiten Vorwärtsgang befindet.
  • Dass zwei Bauelemente des Getriebes „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 Elemente der Planetenradsätze und/oder auch Wellen und/oder ein drehfestes Bauelement des Getriebes handeln kann, kein Schaltelement vorgesehen, sondern die entsprechenden Bauelemente sind mit gleichbleibender Drehzahlabhängigkeit miteinander gekoppelt.
  • Ist hingegen ein Schaltelement zwischen zwei Bauelementen vorgesehen, so sind diese Bauelemente nicht permanent miteinander gekoppelt, sondern eine 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 angebundenen Bauelemente ggf. 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 ein Getriebe in einer bevorzugten Ausführungsform in einer schematischen Ansicht;
    • 2 eine erste bevorzugte Schaltmatrix für das Getriebe aus 1;
    • 3 eine zweite bevorzugte Schaltmatrix für das Getriebe aus 1;
    • 4 eine Schaltmatrix zum Schalten rein elektrischer Fahrbereiche;
    • 5 eine Schaltmatrix für EDA; und
    • 6 das Getriebe aus 1 in einer Konstruktionszeichnung in einem Längsschnitt.
  • 1 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Das Getriebe G weist eine erste Antriebswelle GW1, eine zweite Antriebswelle GW2, eine Abtriebswelle GWA, einen ersten Planetenradsatz P1 und einen zweiten Planetenradsatz P2 auf. Erster und zweiter Planetenradsatz P1, P2 sind als Minus-Planetenradsätze ausgebildet. Der erste Planetenradsatz P1 ist als Stufenplanetenradsatz aufgebaut, dessen Planetenräder PR1 zwei unterschiedlich große Wirkdurchmesser aufweisen. Ein erstes Sonnenrad SO1-1 des ersten Planetenradsatzes P1 steht mit dem größeren Wirkdurchmesser der Planetenräder PR1 in Eingriff. Ein zweites Sonnenrad SO1-2 des ersten Planetenradsatzes P1 steht mit dem kleineren Wirkdurchmesser der Planetenräder PR1 in Eingriff. Das zweite Sonnenrad SO1-2 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit einem Sonnenrad SO2 des zweiten Planetenradsatzes P2 ständig verbunden. Ein Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit einem Hohlrad HO2 des zweiten Planetenradsatzes P2 ständig verbunden. Erster und zweiter Planetenradsatz P1, P2 bilden somit einen sogenannten Simpson-Radsatz aus.
  • Die Abtriebswelle GWA wird durch eine nicht dargestellte Verzahnung gebildet, welche an einem Abschnitt jener Koppelwelle ausgebildet ist, welche den Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes P1 mit dem Hohlrad HO2 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbindet.
  • Das Getriebe G weist neun Schaltelemente auf, nämlich ein erstes K03, ein zweites K06, ein drittes K14, ein viertes K18, ein fünftes K13, ein sechstes K08, ein siebtes E8, ein achtes E2 sowie ein neuntes Schaltelement E1 auf. Die neun Schaltelemente sind als Klauenschaltelemente ausgeführt.
  • Das erste Schaltelement K03 ist ausgebildet, das erste Sonnenrad SO1-1 des ersten Planetenradsatzes P1 an einem drehfesten Bauelement GG festzusetzen. Bei dem drehfesten Bauelement GG handelt es sich um das Gehäuse des Getriebes G. Das zweite Schaltelement K06 ist ausgebildet, das erste Hohlrad HO1 des ersten Planetenradsatzes P1 an dem drehfesten Bauelement GG festzusetzen. Das dritte Schaltelement K14 ist ausgebildet, das zweite Sonnenrad SO1-2 des ersten Planetenradsatzes P1 und dadurch zugleich das Sonnenrad SO2 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest mit der ersten Antriebswelle GW1 zu verbinden. Das vierte Schaltelement K18 ist ausgebildet, den zweiten Planetenradträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest mit der ersten Antriebswelle GW1 zu verbinden. Das fünfte Schaltelement K13 ist ausgebildet, das erste Sonnenrad SO1-1 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest mit der ersten Antriebswelle GW1 zu verbinden. Das sechste Schaltelement K08 ist ausgebildet, die zweite Antriebswelle an dem drehfesten Bauelement GG festzusetzen.
  • Das siebte Schaltelement E8 ist ausgebildet, die zweite Antriebswelle GW2 drehfest mit dem zweiten Planetenradträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes P2 zu verbinden. Das achte Schaltelement E2 ausgebildet ist, die zweite Antriebswelle GW2 drehfest mit der Abtriebswelle GWA zu verbinden. Das neunte Schaltelement E1 ausgebildet ist, die zweite Antriebswelle GW2 drehfest mit der ersten Antriebswelle GW1 zu verbinden.
  • Das erste Schaltelement K03 und das zweite Schaltelement K06 sind zu einem ersten Doppelschaltelement S1 zusammengefasst. Diesem Doppelschaltelement ist ein einziges Betätigungselement zugeordnet, wobei über das Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus einerseits das erste Schaltelement K03 und andererseits das zweite Schaltelement K06 betätigbar ist. Das Doppelschaltelement weist somit drei Schaltstellungen auf.
  • Das dritte Schaltelement K14 und das fünfte Schaltelement K13 sind zu einem zweiten Doppelschaltelement S2 zusammengefasst. Diesem Doppelschaltelement ist ein einziges Betätigungselement zugeordnet, wobei über das Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus einerseits das dritte Schaltelement K14 und andererseits das fünfte K13 Schaltelement betätigbar ist. Das Doppelschaltelement weist somit drei Schaltstellungen auf.
  • Das vierte Schaltelement K18 und das neunte Schaltelement E1 zu einem dritten Doppelschaltelement S3 zusammengefasst. Diesem Doppelschaltelement ist ein einziges Betätigungselement zugeordnet, wobei über das Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus einerseits das vierte Schaltelement K18 und andererseits das neunte E1 Schaltelement betätigbar ist. Das Doppelschaltelement weist somit drei Schaltstellungen auf.
  • Das sechste Schaltelement, das siebte Schaltelement und das achte Schaltelement zu einem Dreifach-Schaltelement S4 zusammengefasst. Diesem Doppelschaltelement ist ein einziges Betätigungselement zugeordnet, wobei über das Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus einerseits das achte Schaltelement E2 und sechste Schaltelement K08 und andererseits das siebte Schaltelement E8 betätigbar ist. Das Dreifachschaltelement weist somit vier Schaltstellungen auf.
  • Es sind demnach lediglich 2 Betätigungselemente zur Anbindung der Elektromaschine an 3 verschiedene Getriebekomponenten erforderlich. Ist das Dreifach-Schaltelement S4 in einer bestimmten seiner vier möglichen Schaltstellungen, so ist die Elektromaschine EM abgekoppelt, d.h. insbesondere nicht mit dem Planetenträger PT2 oder dem Hohlrad HO2 verbunden. Dies ist mit Bezugszeichen „09“ dargestellt. Nun kann das Schaltelement E1 betätigt werden, wodurch die Elektromaschine EM mit der ersten Antriebswelle GW1 gekoppelt wird.
  • In den anderen drei Schaltstellungen des Dreifach-Schaltelements S4 ist die Elektromaschine EM mit einer anderen Getriebekomponente gekoppelt, also entweder mit dem Planetenradträger PT2 über E8, dem Hohlrad HO2 über E2 oder mit dem Gehäuse GG über K08. Das Bezugszeichen „09“ muss in diesen drei Fällen „weggedacht“ oder als „geschlossen“ angesehen werden. Zur konstruktiven Ausgestaltung vgl. 2.
  • Die bereits erwähnte Elektromaschine EM umfasst einen drehbar gelagerten Rotor R und einen drehfest festgesetzten Stator S. Der Rotor R ist drehfest mit der zweiten Antriebswelle GW2 verbunden und kann mittels des siebten Schaltelements E8 mit dem Planetenträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes P2, mittels des achten Schaltelements mit dem Hohlrad HO2 zweiten Planetenradsatzes P2 und mittels des neunten Schaltelements E1 mit der ersten Antriebswelle GW1 verbunden werden.
  • 2 zeigt eine Schnittansicht des Getriebes G entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel. Es ist nur eine Hälfte der Schnittansicht dargestellt. In 2 ist gut zu erkennen, dass sämtliche Schaltelemente, also K03, K06, K14, K18, K13, K06, E8, E2, E1 als Klauenschaltelemente ausgeführt sind.
  • Zur Betätigung der Schaltelemente sind diese zu drei Doppelschaltelementen S1, S2, S3 sowie zu einem Dreifach-Schaltelement S4 zusammengeführt.
  • Zum Schaltelement S1: Gut zu erkennen ist, dass das erste Doppelschaltelement S1 ein erstes Betätigungselement BE1 oder Mitnehmer aufweist. Diesem Betätigungselement BE1 ist eine Verzahnung zugeordnet. Das Betätigungselement BE1 kann einerseits diese Verzahnung ausgehend von einer Neutralstellung zum Eingriff in eine korrespondierende Verzahnung des Schaltelements K03 axial nach rechts 99 bewegen. Das Betätigungselement BE1 kann diese Verzahnung andererseits ausgehend von der Neutralstellung zum Eingriff in eine korrespondierende Verzahnung des Schaltelements K06 axial nach links 98 bewegen. Der jeweilige Zahneingriff bewirkt ein Festsetzen der entsprechenden Getriebekomponente mit dem Getriebegehäuse bzw. mit einem Bauteil, das mit diesem verbunden ist.
  • Zum Schaltelement S2: Gut zu erkennen ist, dass das zweite Doppelschaltelement S2 ein erstes Betätigungselement BE2 aufweist. Diesem Betätigungselement BE2 sind eine erste und eine zweite Verzahnung zugeordnet, welche axial gegenüberliegend zu einander angeordnet sind. Das Betätigungselement BE2 kann ausgehend von einer Neutralstellung die erste Verzahnung zum Eingriff in eine korrespondierende Verzahnung des Schaltelements K13 axial nach rechts 99 bewegen. Das Betätigungselement BE2 kann ausgehend von der Neutralstellung andererseits die zweite Verzahnung zum Eingriff in eine korrespondierende Verzahnung des Schaltelements K14 axial nach links 98 bewegen. Steht die erste Verzahnung mit K13 in Zahneingriff, so ist die Antriebswelle GW1 mit dem Sonnenrad SO1 -1 drehfest verbunden. Steht hingegen die zweite Verzahnung mit K14 in Zahneingriff, so ist die Antriebswelle GW1 mit dem Sonnenrad SO1-2 drehfest verbunden. Gut zu erkennen ist zudem, dass die Sonnenräder SO1-2 und SO2 als ein gemeinsames Bauteil ausgeführt sind.
  • Zum Schaltelement S3: Gut zu erkennen ist, dass das dritte Doppelschaltelement S3 ein erstes Betätigungselement BE3 aufweist. Diesem Betätigungselement BE3 sind eine erste und eine zweite Verzahnung zugeordnet, welche axial gegenüberliegend zu einander angeordnet sind. Das Betätigungselement BE3 kann ausgehend von einer Neutralstellung die erste Verzahnung zum Eingriff in eine korrespondierende Verzahnung des Schaltelements K18 axial nach rechts 99 bewegen. Das Betätigungselement BE3 kann ausgehend von der Neutralstellung andererseits die zweite Verzahnung zum Eingriff in eine korrespondierende Verzahnung des Schaltelements E1 axial nach links 98 bewegen. Steht die erste Verzahnung mit K18 in Zahneingriff, so ist die Antriebswelle GW1 mit dem Planetenradträger PT2 drehfest verbunden. Steht hingegen die zweite Verzahnung mit E1 in Zahneingriff, so ist die zweite Antriebswelle GW2 und damit die Elektromaschine EM mit der ersten Antriebswelle GW1 verbunden.
  • Zum Schaltelement S4: Gut zu erkennen ist, dass das vierte Dreifach-Schaltelement S4 ein erstes Betätigungselement BE4 aufweist. Diesem Betätigungselement BE4 sind eine erste 41 und eine zweite Verzahnung 42 zugeordnet, welche radial gegenüberliegend zu einander angeordnet sind, wobei sich die obere Verzahnung 41 axial über einen längeren Bereich als die untere Verzahnung 42 erstreckt. Dem Betätigungselement BE4 ist zudem eine dritte Verzahnung 43 zugeordnet. Die dritte Verzahnung 43 ist radial ungefähr auf Höhe der zweiten Verzahnung 42 und axial zu dieser beabstandet angeordnet. Die dritte Verzahnung 43 ist dazu eingerichtet, den Rotor R der Elektromaschine EM mit dem Betätigungselement zu koppeln bzw. zu entkoppeln.
  • Das Betätigungselement BE3 kann ausgehend von einer Neutralstellung die obere, erste Verzahnung 41 zum Eingriff in eine korrespondierende Verzahnung des Schaltelements E2 axial nach rechts 99 bewegen. Dies entspricht einer ersten Schaltstellung des Betätigungselements BE3.
  • Das Betätigungselement BE4 kann ausgehend von der Neutralstellung andererseits die untere, zweite Verzahnung 42 zum Eingriff in eine korrespondierende Verzahnung des Schaltelements E8 axial nach links 98 bewegen. Dies entspricht einer zweiten Schaltstellung des Betätigungselements BE3.
  • Das Betätigungselement BE4 kann ausgehend von der letztgenannten Schaltstellung die obere, erste Verzahnung 41 zum Eingriff in eine korrespondierende Verzahnung des Schaltelements K08 axial nach links 98 bewegen. Dies entspricht einer dritten Schaltstellung des Betätigungselements BE3. In dieser Schaltstellung bleibt die zweite Verzahnung 42 weiterhin in Zahneingriff mit der korrespondierenden Verzahnung des Schaltelements E8. Anders ausgedrückt, ist in dieser Schaltstellung das Schaltelement E8 und das Schaltelement K08 miteinander verbunden. Die dritte Verzahnung 43 ist nun derart konfiguriert, dass in der dritten Schaltstellung die Elektromaschine EM entkoppelt ist, während zugleich die Verbindung zwischen dem Schaltelement E8 und dem Schaltelement K08 bestehen bleibt. E8 ist sozusagen über K08 am Gehäuse festgesetzt.
  • Das Betätigungselement BE4 kann, wie bereits erwähnt, zusätzlich eine Neutralstellung, also eine vierte Schaltstellung einnehmen. In dieser ist der Rotor R lediglich mit dem Betätigungselement BE4 gekoppelt - nicht hingegen mit einem der Schaltelemente K08, E8 oder E2.
  • Das Schaltelement K13 ist axial auf Höhe und platzsparend radial innerhalb des ersten Planetenradsatzes P1 angeordnet. Das Schaltelement K14 ist axial auf Höhe und platzsparend radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes P2 angeordnet. Die Schaltelemente K18, K08, E8, E2 sowie E1 sind axial zwischen der Elektromaschine EM und dem zweiten Planetenradsatz P2 angeordnet. Die Doppelschaltelemente S2 und S3 werden aus dem Inneren der ersten Antriebswelle GW1 heraus aktuiert. Hierfür weist die als Hohlwelle ausgeführte erste Antriebswelle GW1 entsprechende Ausnehmungen auf.
  • 3 zeigt ein Schaltschema für ein Getriebe G gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. In den Zeilen des Schaltschemas sind fünf Vorwärtsgänge G1 bis G5 sowie zwei Rückwärtsgänge R1, R2 angeführt. In den Spalten des Schaltschemas ist durch ein „X“ dargestellt, welche der Schaltelemente K03, K06, K14, K18, K13, K08, E8, E2 und E1 in welchem Vorwärtsgang G1 bis G5, bzw. Rückwärtsgang R1, R2 geschlossen sind. Im ersten bis fünften Vorwärtsgang G1 bis G5 ist dabei ein optionaler Betrieb der elektrischen Maschine EM möglich. Bei Verwendung des Getriebes G im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges kann die Elektromaschine somit im ersten bis fünften Vorwärtsgang G1 bis G5 sowohl Leistung abgeben als auch aufnehmen, also auch rekuperieren. Die Elektromaschine ist zudem in der Lage, sämtliche Schaltvorgänge zwischen erstem und fünftem Vorwärtsgang G1 bis G5 zu unterstützen, indem sie das zu öffnende formschlüssige Schaltelement vor dem Öffnen lastfrei stellt. Anschließend kann die Elektromaschine EM unter Aufrechterhaltung der Last die Zieldrehzahl einstellen, die zum Schließen des zu schließenden formschlüssigen Schaltelements erforderlich ist.
  • Der erste Vorwärtsgang G1 ergibt sich durch Schließen des zweiten Schaltelements K06 und des fünften Schaltelements K13. Der zweite Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des zweiten Schaltelements K06 und des dritten Schaltelements K14. Der dritte Vorwärtsgang G3 ergibt sich durch Schließen des zweiten Schaltelements K06 und des vierten Schaltelements K18. Beim Schalten der ersten drei Gänge G1 bis G3 ist zur Abstützung des jeweiligen Drehmoments das siebte Schaltelement E8 betätigt. Der vierte Vorwärtsgang G4 ergibt sich durch Schließen des vierten Schaltelements K18 und des fünften Schaltelements K13. Der fünfte Vorwärtsgang G5 ergibt sich durch Schließen des ersten Schaltelements K03 und des vierten Schaltelements K18. Zur Abstützung des Drehmoments beim Schalten des vierten und fünften Vorwärtsgangs G4 bzw. G5 ist das siebte Schaltelement E8 ausgelegt und das achte Schaltelement E2 eingelegt.
  • In einem ersten Rückwärtsgang R1 sind das fünfte Schaltelement K13, das sechste Schaltelement K08 sowie das neunte Schaltelement E1 geschlossen und alle weiteren Schaltelemente sind geöffnet. In einem zweiten Rückwärtsgang R2 bleibt das sechste Schaltelement K08 sowie das neunte Schaltelement E1 geschlossen, während das fünfte Schaltelement K13 geöffnet und das dritte Schaltelement K14 eingelegt wird.
  • 4 zeigt ein Schaltschema für ein Getriebe G gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei anstelle von lediglich fünf Vorwärtsgängen G1 bis G5 ein zusätzlich sechster Vorwärtsgang G6 vorgesehen ist. Der sechste Vorwärtsgang G6 ergibt sich durch Schließen des ersten Schaltelements K03 und des dritten Schaltelements K14. Zur Abstützung des sechsten Vorwärtsganges G6 ist das achte Schaltelement E2 betätigt. Darüber hinaus entspricht das Schaltschema gemäß 4 dem Schaltschema gemäß 3, sodass im Übrigen auf diese verwiesen wird.
  • 5 zeigt ein Schaltschema für ein Getriebe G gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei hier die elektrischen Betriebsmodi dargestellt sind. So ergibt sich ein erster elektrischer Betriebsmodus eBM durch Schließen des ersten Schaltelements K03 und des zweiten Schaltelements K06 sowie durch Schließen des siebten Schaltelements E8. Ein zweiter elektrischer Betriebsmodus eBM2 ergibt sich durch Schließen des achten Schaltelements E2. Im zweiten elektrischen Betriebsmodus eBM2 ist die Elektromaschine sozusagen direkt mit der Abtriebswelle GWA verbunden.
  • 6 zeigt ein Schaltschema für ein Getriebe G gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei zwei EDA-Betriebsmodi dargestellt sind. So ergibt sich ein erster elektrodynamischer Betriebsmodus EDA1 durch Betätigen des dritten Schaltelements K14 und des siebten Schaltelements E8. Dadurch ist das an der Abtriebswelle GWA anliegende Drehmoment durch Variation des an der ersten Antriebswelle GW1 anliegenden Drehmoments und des an der zweiten Antriebswelle GW2, also am Rotor R der Elektromaschine anliegenden Drehmoments stufenlos veränderbar. In einem zweiten elektrodynamischen Betriebsmodus EDA2 sind das fünfte Schaltelement K13 sowie das siebte Schaltelement E8 geschlossen und alle weiteren Schaltelemente sind geöffnet. Dadurch ist das an der Abtriebswelle GWA anliegende Drehmoment durch Variation des an der ersten Antriebswelle GW1 anliegenden Drehmoments und des an der zweiten Antriebswelle GW2 anliegenden Drehmoments stufenlos veränderbar.
  • Die Schaltschemata gemäß 5 und 6 können einzeln oder zusammen mit den Schaltschemata der 3 und 4 kombiniert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • G
    Getriebe
    GG
    drehfestes Bauteil, Getriebegehäuse
    GW1
    erste Antriebswelle
    GW2
    zweite Antriebswelle
    GWA
    Abtriebswelle
    P1
    erster Planetenradsatz
    S01-1
    erstes Sonnenrad
    SO1-2
    zweites Sonnenrad
    PT1
    erster Planetenradträger, Steg
    PR1
    Planetenrad, Planetenräder
    HO1
    erstes Hohlrad
    P2
    zweiter Planetenradsatz
    SO2
    Sonnenrad
    PT2
    Planetenradträger, Steg
    PR2
    Planetenrad, Planetenräder
    HO2
    Hohlrad
    K03
    erstes
    K06
    zweites
    K14
    drittes
    K18
    viertes
    K13
    fünftes
    K08
    sechstes
    E8
    siebtes
    E2
    achtes
    E1
    neuntes
    S1
    erstes Doppelschaltelement
    S2
    zweites Doppelschaltelement
    S3
    drittes Doppelschaltelement
    S4
    Dreifach-Schaltelement
    EM
    Elektromaschine
    S
    Stator
    R
    Rotor
    G1
    erster Vorwärtsgang
    G2
    zweiter Vorwärtsgang
    G3
    dritter Vorwärtsgang
    G4
    vierter Vorwärtsgang
    G5
    fünfter Vorwärtsgang
    G6
    sechster Vorwärtsgang
    R1
    erster Rückwärtsgang
    R2
    zweiter Rückwärtsgang
    eBM
    elektrischer Betriebsmodus
    41
    erste, obere Verzahnung
    42
    zweite, untere Verzahnung
    43
    dritte Verzahnung
    98
    Pfeilrichtung, axial nach links
    99
    Pfeilrichtung, axial nach rechts
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102014226699 A1 [0002]
    • DE 102014226708 A1 [0003]

Claims (18)

  1. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, umfassend - eine erste Antriebswelle (GW1), eine zweite Antriebswelle (GW2), eine Abtriebswelle (GWA), einen ersten Planetenradsatz (P1), der als ein Stufenplanetenradsatz ausgebildet ist, dessen Planetenräder zwei unterschiedliche große Wirkdurchmesser aufweisen, sowie einen zweiten Planetenradsatz (P2), - wobei ein erstes Sonnenrad (SO1-1) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit dem größeren Wirkdurchmesser der Planetenräder (PL1) in Eingriff steht, - wobei ein zweites Sonnenrad (SO1-2) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit dem kleineren Wirkdurchmesser der Planetenräder (PL1) in Eingriff steht, - wobei das zweite Sonnenrad (SO1-2) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit einem Sonnenrad (SO2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig verbunden ist, - zumindest sieben Schaltelemente, und - eine Elektromaschine (EM), wobei ein Rotor (R1) der Elektromaschine (EM1) mit der zweiten Antriebswelle (GW2) in Verbindung steht, wobei - das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest mit der Abtriebswelle (GWA) und drehfest mit einem zweiten Planetenradträger (PT2) verbunden ist, - das Sonnenrad (SO2) des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest mit dem zweiten Sonnenrad (SO1-2) des ersten Planetenradsatzes P1 verbunden ist, - das erste Schaltelement (K03) ausgebildet ist, das erste Sonnenrad (SO1-1) des ersten Planetenradsatzes (P1) an einem drehfesten Bauelement (GG) festzusetzen, - das zweite Schaltelement (K06) ausgebildet ist, das erste Hohlrad (HO1) des ersten Planetenradsatzes (P1) an dem drehfesten Bauelement (GG) festzusetzen, - das dritte Schaltelement (K14) ausgebildet ist, das Sonnenrad (SO2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) und das zweite Sonnenrad (SO1-1) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest mit der ersten Antriebswelle (GW1) zu verbinden, - das vierte Schaltelement (K18) ausgebildet ist, den zweiten Planetenradträger (PT2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest mit der ersten Antriebswelle (GW1) zu verbinden, - das fünfte Schaltelement (K13) ausgebildet ist, das erste Sonnenrad (SO1-1) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest mit der ersten Antriebswelle (GW1) zu verbinden, - das sechste Schaltelement (K08) ausgebildet ist, die zweite Antriebswelle (GW2) an dem drehfesten Bauelement (GG) festzusetzen, - das siebte Schaltelement (E8) ausgebildet ist, die zweite Antriebswelle (GW2) mit einem Element aus der Gruppe erste Antriebswelle (GW1), Abtriebswelle (GWA) und zweiter Planetenradträger (PT2) drehfest zu verbinden.
  2. Getriebe nach Anspruch 1, wobei ein achtes Schaltelement (E2) angeordnet und ausgebildet ist, die zweite Antriebswelle (GW2) mit einem zweiten Element aus der Gruppe erste Antriebswelle (GW1), Abtriebswelle (GWA) und zweiter Planetenradträger (PT2) drehfest zu verbinden.
  3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein neuntes Schaltelement (E1) angeordnet und ausgebildet ist, die zweite Antriebswelle (GW2) mit einem dritten Element aus der Gruppe erste Antriebswelle (GW1), Abtriebswelle (GWA) und zweiter Planetenradträger (PT2) drehfest zu verbinden.
  4. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das siebte Schaltelement (E8) ausgebildet ist, die zweite Antriebswelle (GW2) drehfest mit dem zweiten Planetenradträger (PT2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) zu verbinden, und/oder - das achte Schaltelement (E2) ausgebildet ist, die zweite Antriebswelle (GW2) drehfest mit der Abtriebswelle (GWA) zu verbinden, und/oder - das neunte Schaltelement (E1) ausgebildet ist, die zweite Antriebswelle (GW2) drehfest mit der ersten Antriebswelle (GW1) zu verbinden.
  5. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich durch selektives Schließen der Schaltelemente zwischen der ersten Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GWA) - ein erster Gang (1) durch Betätigen des zweiten Schaltelements (K06) und des fünften Schaltelements (K13), - ein zweiter Gang (2) durch Betätigen des zweiten Schaltelements (K06) und des dritten Schaltelements (K14), - ein dritter Gang (3) durch Betätigen des zweiten Schaltelements (K06) und des vierten Schaltelements (K18), - ein vierter Gang (4) durch Betätigen des vierten Schaltelements (K18) und des fünften Schaltelements (K13), sowie - ein fünfter Gang (5) durch Betätigen des ersten Schaltelements (K03) und des vierten Schaltelements (K18) ergibt, - wobei ein Schaltelement aus der Gruppe siebtes (E8), achtes (E2) und neuntes Schaltelement (E1) betätigt ist.
  6. Getriebe nach Anspruch 5, wobei sich durch Betätigen des ersten Schaltelements (K03) und des dritten Schaltelements (K14) ein sechster Gang (6) ergibt.
  7. Getriebe nach Anspruch 5 oder 6, wobei im ersten, zweiten und/oder dritten Gang das siebte Schaltelement (E8) betätigt ist.
  8. Getriebe nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei im vierten, fünften und/oder sechsten Gang das achte Schaltelement (E2) betätigt ist.
  9. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich durch selektives Betätigen der Schaltelemente zwischen der ersten Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GWA) - ein erster Rückwärtsgang (R1) durch Betätigen des fünften Schaltelements (K13) und des sechsten Schaltelements (K08), und - ein zweiter Rückwärtsgang (R2) durch Betätigen des dritten Schaltelements (K14) und des sechsten Schaltelements (K08) ergibt - wobei ein Schaltelement aus der Gruppe siebtes (E8), achtes (E2) und neuntes Schaltelement (E1) betätigt ist.
  10. Getriebe nach Anspruch 9, wobei im ersten Gang (1) oder in einem Rückwärtsgang (R1, R2) das neunte Schaltelement (E1) betätigt ist.
  11. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein oder mehrere der Schaltelemente (K03, K06, K14, K18, K13, K08, E8, E2, E1) jeweils als formschlüssiges Schaltelement, insbesondere als ein Klauenschaltelement ausgebildet sind.
  12. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Schaltelement (K03) und das zweite Schaltelement (K06) zu einem ersten Doppelschaltelement (S1) zusammengefasst sind, welchem ein Betätigungselement zugeordnet ist, wobei über das Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus einerseits das erste Schaltelement (K03) und andererseits das zweite Schaltelement (K06) betätigbar ist.
  13. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das dritte Schaltelement (K14) und das fünfte Schaltelement (K13) zu einem zweiten Doppelschaltelement (S2) zusammengefasst sind, welchem ein Betätigungselement zugeordnet ist, wobei über das Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus einerseits das dritte Schaltelement (K14) und andererseits das fünfte Schaltelement (K13) betätigbar ist.
  14. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 13, wobei das sechste Schaltelement (K08), das siebte Schaltelement (E8) und das achte Schaltelement (E2) zu einem Dreifach-Schaltelement (S4) zusammengefasst sind, welchem ein Betätigungselement zugeordnet ist, wobei über das Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus einerseits das achte Schaltelement (E2) und sechste Schaltelement (K08) und andererseits das siebte Schaltelement (E8) betätigbar ist.
  15. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 14, wobei das vierte Schaltelement (K18) und das neunte Schaltelement (E1) zu einem dritten Doppelschaltelement (S3) zusammengefasst sind, welchem ein Betätigungselement zugeordnet ist, wobei über das Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus einerseits das vierte Schaltelement (K18) und andererseits das neunte Schaltelement (E1) betätigbar ist.
  16. Kraftfahrzeugantriebsstrang für Kraftfahrzeug, umfassend ein Getriebe (G) nach einem oder auch mehreren der Ansprüche 1 bis 15.
  17. Kraftfahrzeug mit einem Kraftfahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 16 oder mit einem Getriebe nach einem oder auch mehreren der Ansprüche 1 bis 15.
  18. Verfahren zum Betreiben eines Getriebes (G) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Darstellung eines Ladebetriebes oder eines Startbetriebes lediglich das neunte Schaltelement (E1) geschlossen wird.
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