DE102022203836A1 - Getriebe für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs - Google Patents

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Michael Wechs
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Johannes Kaltenbach
Thomas Martin
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Fabian Kutter
Mladjan Radic
Max Bachmann
Ingo Pfannkuchen
Christian Michel
Peter Ziemer
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Abstract

Getriebe (1) für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs (100), aufweisend• eine auf einer ersten Rotationsachse (A1) angeordnete erste Getriebeeingangswelle (W1) zur Anbindung eines Verbrennungsmotors (VM),• eine auf einer zweiten Rotationsachse (A2) angeordnete zweite Getriebeeingangswelle (W2) zur Anbindung einer ersten elektrischen Maschine (EM1),• eine auf einer dritten Rotationsachse (A3) angeordnete Vorgelegewelle (W3) mit einem ersten Zahnrad (31), einem zweiten Zahnrad (32) und einem dritten Zahnrad (33), wobei das erste Zahnrad (31) auf der dritten Rotationsachse (A3) mit einem ersten Zahnrad (11) auf der ersten Rotationsachse (A1) im Zahneingriff steht und eine erste Stirnradstufe (ST1) bildet, wobei das zweite Zahnrad (32) auf der dritten Rotationsachse (A3) mit einem zweiten Zahnrad (12) auf der ersten Rotationsachse (A1) im Zahneingriff steht und eine zweite Stirnradstufe (ST2) bildet, wobei das dritte Zahnrad (33) auf der dritten Rotationsachse (A3) mit einem dritten Zahnrad (13) auf der ersten Rotationsachse (A1) im Zahneingriff steht und eine dritte Stirnradstufe (ST3) bildet,• einen auf der ersten Rotationsachse (A1) angeordneten ersten Planetenradsatz (P1),• eine auf der ersten Rotationsachse (A1) angeordnete Hauptabtriebswelle (W4),• ein erstes Schaltelement (A), ein zweites Schaltelement (B), ein drittes Schaltelement (C), ein viertes Schaltelement (D) und ein fünftes Schaltelement (E).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Getriebe für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs und einen Antriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor, zumindest einer elektrischen Maschinen und einem solchen Getriebe. Mithin ist das Getriebe als Hybridgetriebe ausgebildet.
  • Beispielsweise geht aus der DE 10 2011 995 562 A1 ein Schaltgetriebe eines Hybridantriebs für ein Kraftfahrzeug hervor, das zwei Eingangswellen und eine gemeinsame Ausgangswelle aufweist. Die erste Eingangswelle ist über eine steuerbare Trennkupplung mit der Triebwelle eines Verbrennungsmotors verbindbar und über eine erste Gruppe selektiv schaltbarer Gangradsätze mit der Ausgangswelle in Triebverbindung bringbar. Die zweite Eingangswelle ist über ein als Planetengetriebe ausgebildetes Überlagerungsgetriebe mit dem Rotor einer Elektromaschine sowie mit der ersten Eingangswelle in Triebverbindung bringbar und über eine zweite Gruppe selektiv schaltbarer Gangradsätze mit der Ausgangswelle in Triebverbindung bringbar. Beide Eingangswellen sind über eine schaltbare Koppelvorrichtung miteinander in Triebverbindung bringbar. Das Schaltgetriebe ist aus einem Doppelkupplungsgetriebe mit zwei koaxialen Eingangswellen abgeleitet, dessen erste Eingangswelle zentral angeordnet ist, dessen zweite Eingangswelle als eine Hohlwelle ausgebildet und koaxial über der ersten Eingangswelle angeordnet ist, und dessen Koppelvorrichtung eine Getriebestufe und/oder eine schaltbare Kupplung umfasst, die anstelle desjenigen Gangradsatzes und seiner zugeordneten Gangkupplung vorgesehen sind, der in dem zugrunde liegenden Doppelkupplungsgetriebe der ersten Eingangswelle zugeordnet und axial benachbart zu dem getriebeseitigen Ende der zweiten Eingangswelle angeordnet ist.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein alternatives Getriebe für ein Fahrzeug bereitzustellen. Insbesondere soll das Getriebe kompaktbauend und effizient ausgebildet sein sowie mehrere Fahrmodi aufweisen. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Getriebe mit den Merkmalen von Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Figuren.
  • Ein erfindungsgemäßes Getriebe für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs umfasst
    • • eine auf einer ersten Rotationsachse angeordnete erste Getriebeeingangswelle zur Anbindung eines Verbrennungsmotors,
    • • eine auf einer zweiten Rotationsachse angeordnete zweite Getriebeeingangswelle zur Anbindung einer ersten elektrischen Maschine,
    • • eine auf einer dritten Rotationsachse angeordnete Vorgelegewelle mit einem ersten Zahnrad, einem zweiten Zahnrad und einem dritten Zahnrad, wobei das erste Zahnrad auf der dritten Rotationsachse mit einem ersten Zahnrad auf der ersten Rotationsachse im Zahneingriff steht und eine erste Stirnradstufe bildet, wobei das zweite Zahnrad auf der dritten Rotationsachse mit einem zweiten Zahnrad auf der ersten Rotationsachse im Zahneingriff steht und eine zweite Stirnradstufe bildet, wobei das dritte Zahnrad auf der dritten Rotationsachse mit einem dritten Zahnrad auf der ersten Rotationsachse im Zahneingriff steht und eine dritte Stirnradstufe bildet,
    • • zumindest einen auf der ersten Rotationsachse angeordneten und als Überlagerungsgetriebe ausgebildeten ersten Planetenradsatz mit einem ersten Element, einem zweiten Element und einem dritten Element,
    • • eine Hauptabtriebswelle, die auf der ersten Rotationsachse angeordnet und mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist,
    • • ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement, ein drittes Schaltelement, ein viertes Schaltelement und ein fünftes Schaltelement,

    wobei das erste Schaltelement im geschlossenen Zustand zwei der drei Elemente des ersten Planetenradsatzes drehfest verbindet, um den Planetenradsatz zu verblocken, wobei das zweite Schaltelement im geschlossenen Zustand das erste und zweite Zahnrad auf der dritten Rotationsachse drehfest verbindet, um die erste und dritte Stirnradstufe antriebswirksam miteinander zu verbinden, wobei das dritte Schaltelement im geschlossenen Zustand das erste oder dritte Zahnrad auf der dritten Rotationsachse mit der Vorgelegewelle drehfest verbindet, um die erste Stirnradstufe und die Vorgelegewelle oder die dritte Stirnradstufe und die Vorgelegewelle antriebswirksam miteinander zu verbinden, wobei das vierte Schaltelement im geschlossenen Zustand das zweite Element des ersten Planetenradsatzes, die zweite Getriebeeingangswelle und die Vorgelegewelle antriebswirksam miteinander verbindet, wobei das fünfte Schaltelement im geschlossenen Zustand das zweite Zahnrad auf der dritten Rotationsachse mit der Vorgelegewelle drehfest verbindet, um die zweite Stirnradstufe und die Vorgelegewelle antriebswirksam miteinander zu verbinden, wobei die erste, zweite und dritte Rotationsachse achsparallel zueinander angeordnet sind.
  • Unter einer „antriebswirksamen Verbindung“ oder einer „Anbindung“ einer Welle oder einer Vorrichtung an einer anderen Welle oder an einer anderen Vorrichtung ist zu verstehen, dass diese Wellen oder Vorrichtungen entweder unmittelbar miteinander verbunden sind oder mittelbar über mindestens ein weiteres Bauteil, insbesondere über weitere Wellen und Zahnräder miteinander verbunden sein können.
  • Beispielsweise ist die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors direkt oder über mindestens eine weitere Welle mit der ersten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden. Beispielsweise ist die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors über mindestens eine weitere Welle, Zahnräder und/oder ein Zugmittel mit der ersten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden. Beispielsweise ist die Rotorwelle der ersten Elektromaschine direkt oder über mindestens eine weitere Welle mit der zweiten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden. Beispielsweise ist die Rotorwelle der ersten elektrischen Maschine über mindestens eine weitere Welle, Zahnräder und/oder ein Zugmittel mit der zweiten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden. Die beiden Getriebeeingangswellen sind achsparallel zueinander ausgebildet. Unter einer Getriebeeingangswelle ist ein Getriebeelement zu verstehen, das zur Anbindung an eine jeweilige Antriebsmaschine eingerichtet ist.
  • Unter einer „Welle“ ist nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Getriebeelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile oder Elemente miteinander verbinden, insbesondere Verbindungselemente, die mehrere Elemente drehfest miteinander verbinden. Zwei drehfest miteinander verbundene Wellen können einteilig ausgebildet sein.
  • Die vom Verbrennungsmotor und der ersten elektrischen Maschine erzeugte Antriebsleistung wird im Überlagerungsgetriebe zusammengeführt bzw. überlagert und über die Hauptabtriebswelle zumindest mittelbar an Räder einer Antriebsachse weitergeleitet. Vorzugsweise ist das erste Element des ersten Planetenradsatzes als Sonnenrad ausgebildet, wobei das zweite Element des ersten Planetenradsatzes als Hohlrad ausgebildet ist, wobei das dritte Element des ersten Planetenradsatzes als Planetenträger ausgebildet ist. Der erste Planetenradsatz umfasst mehrere Planetenräder, die drehbar an dem Planetenträger gelagert sind und mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmen bzw. im Zahneingriff sind. Das Überlagerungsgetriebe dient insbesondere als Summiergetriebe.
  • Das erste Schaltelement verblockt in geschlossenem Zustand den ersten Planetenradsatz durch Verbinden von zwei seiner drei Elemente. Wenn zwei Wellen des ersten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbunden sind, ist der erste Planetenradsatz verblockt und befindet sich somit in einem Blockumlauf. Durch das Verblocken des ersten Planetenradsatzes ist die Übersetzung unabhängig von der Zähnezahl der miteinander im Zahneingriff stehenden Elemente i=1. Vorzugsweise werden das Sonnenrad und das Hohlrad drehfest miteinander verbunden. Alternativ wird mittels des ersten Schaltelements der Planetenträger und das Sonnenrad oder der Planetenträger und das Hohlrad drehfest miteinander verbunden.
  • Unter einem „Schaltelement“ ist eine schaltbare Vorrichtung zu verstehen, die in einem geschlossenen Zustand zwei Wellen drehfest miteinander verbindet und in einem geöffneten Zustand die beiden Wellen voneinander entkoppelt, wodurch diese relativ zueinander rotieren können.
  • Bei einer Kombination der Antriebsleistung vom Verbrennungsmotor und erster elektrischer Maschine befindet sich das Fahrzeug in einem hybridischen Betrieb bzw. Fahrmodus, wobei hierfür jeweils zwei der fünf Schaltelemente geschlossen sind. Mittels des Getriebes lassen sich mehrere hybride Fahrmodi, insbesondere vier Gänge realisieren. Ferner kann mit Hilfe der elektrischen Maschine, während Schaltvorgängen eine Zugkraftunterstützung im Hybridbetrieb realisiert werden. Die Schaltvorgänge können dabei abtriebsgestützt oder elektrodynamisch erfolgen. Auch das Anfahren kann elektrodynamisch erfolgen. Über den ersten Planetenradsatz werden zwei elektrodynamische Fahrmodi realisiert, wobei dazu nur das vierte Schaltelement oder nur das fünfte Schaltelement geschlossen ist. Des Weiteren kann die erste elektrische Maschine mit dem Verbrennungsmotor unabhängig vom Abtrieb verbunden werden, sofern nur das dritte Schaltelement geschlossen ist. Die erste elektrische Maschine und der Verbrennungsmotor drehen dann in einem festen Verhältnis zueinander. So ist einerseits ein Start des Verbrennungsmotors mit der ersten elektrischen Maschine möglich, anderseits kann die erste elektrische Maschine als Generator arbeiten, wodurch der Fahrmodus Laden in Neutral realisiert ist. Während des Fahrmodus Laden in Neutral kann die erste elektrische Maschine einen elektrischen Energiespeicher laden oder elektrische Verbraucher des Fahrzeugs versorgen. Ein Verbraucher kann auch eine weitere elektrische Maschine sein, die beispielsweise an einer weiteren Fahrzeugachse angeordnet ist, insbesondere Teil einer elektrischen Hinterachse ist.
  • Bevorzugt weist das Getriebe genau fünf formschlüssige Schaltelemente auf. Unter einem „formschlüssigen Schaltelement“ ist ein Schaltelement zu verstehen, das zur Verbindung zweier Wellen eine Verzahnung und/oder Klauen aufweist, die zur Herstellung der drehfesten Verbindung formschlüssig ineinandergreifen, wobei die Übertragung einer Leistung von einem Kupplungsteil des Schaltelements auf den anderen Kupplungsteil des Schaltelements in einem vollständig geschlossenen Zustand hauptsächlich durch einen Formschluss erfolgt. Beispielsweise sind alle fünf Schaltelemente als Klauenkupplungen ausgebildet. Durch formschlüssige Schaltelemente wird die Kompaktheit und die Effizienz des Getriebes erhöht.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Zahnrad auf der ersten Rotationsachse mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Zahnrad auf der ersten Rotationsachse mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden. Beispielsweise ist das erste Zahnrad auf der ersten Rotationsachse mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden, wobei das zweite Zahnrad auf der ersten Rotationsachse mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das dritte Zahnrad auf der ersten Rotationsachse als Losrad ausgebildet und mittels des vierten Schaltelements drehfest mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes drehfest verbindbar. Mithin befindet sich dann das vierte Schaltelement auf der ersten Rotationsachse. Alternativ ist das dritte Zahnrad auf der ersten Rotationsachse mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden, wobei das dritte Zahnrad auf der dritten Rotationsachse als Losrad ausgebildet und im geschlossenen Zustand des vierten Schaltelements mit der Vorgelegewelle drehfest verbunden ist. Mithin befindet sich dann das vierte Schaltelement auf der dritten Rotationsachse.
  • Bevorzugt sind das erste und vierte Schaltelement auf der ersten Rotationsachse angeordnet, wobei das zweite, dritte und fünfte Schaltelement auf der dritten Rotationsachse angeordnet sind. Alternativ ist das erste Schaltelement auf der ersten Rotationsachse angeordnet, wobei das zweite, dritte, vierte und fünfte Schaltelement auf der dritten Rotationsachse angeordnet sind.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Getriebe ein auf der ersten Rotationsachse angeordnetes Differential mit einer Differentialeingangswelle und zwei Differentialausgangswellen auf, wobei die Differentialeingangswelle zumindest mittelbar mit der Hauptabtriebswelle verbunden ist. Über die Hauptabtriebswelle wird eine Antriebsleistung auf das Differential übertragen, wobei die Antriebsleistung im Differential auf die beiden Seitenwellen aufgeteilt und an ein mit der jeweiligen Seitenwelle wirkverbundenes Antriebsrad des Kraftfahrzeugs übertragen wird. Vorzugsweise sind die erste Getriebeeingangswelle und die Hauptabtriebswelle als Hohlwellen ausgebildet, wobei sich die zweite Differentialausgangswelle axial durch das Getriebe, insbesondere durch die erste Getriebeeingangswelle und die Hauptabtriebswelle erstreckt. Dadurch kann das Getriebe in radialer Richtung kompakter ausgebildet werden. Das Differential kann beispielsweise als Kugeldifferential, Kegelraddifferential, Stirnraddifferential oder Planetenraddifferential ausgebildet sein. Die Seitenwellen des Differentials sind gemeinsam auf einer Abtriebsachse des Fahrzeugs angeordnet. Bevorzugt ist diese Abtriebsachse die Frontantriebsachse eines als PKW ausgebildeten Fahrzeugs. Mithin ist das Getriebe bevorzugt als Front-Quer-Anordnung im Fahrzeug verbaut.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Getriebe einen auf der ersten Rotationsachse angeordneten zweiten Planetenradsatz, der im Leistungsfluss zwischen dem ersten Planetenradsatz und dem Differential angeordnet ist, wobei der zweite Planetenradsatz ein erstes Element, das mit der Hauptabtriebswelle drehfest verbunden ist, ein zweites Element, das stationär an einem drehfesten Bauteil festgelegt ist, und ein drittes Element, das mit der Differentialeingangswelle drehfest verbunden ist, auf. Bevorzugt ist das erste Element des zweiten Planetenradsatzes als Sonnenrad ausgebildet, wobei das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes als Hohlrad ausgebildet ist, wobei das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes als Planetenträger ausgebildet ist. Der zweite Planetenradsatz ist als feste Übersetzungsstufe ausgebildet. Das drehfeste Bauteil kann ein Gehäuse, ein Teil eines Gehäuses oder ein damit drehfest verbundenes Bauteil sein.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die zweite Getriebeeingangswelle ein Festrad auf, das mit einem Zwischenrad im Zahneingriff steht, wobei das Zwischenrad ferner mit einem der beiden Zahnräder, die die dritte Stirnradstufe bilden, im Zahneingriff steht. Mit anderen Worten steht das Zwischenrad entweder mit dem Festrad auf der zweiten Rotationsachse und dem dritten Zahnrad auf der ersten Rotationsachse oder mit dem Festrad auf der zweiten Rotationsachse und dem dritten Zahnrad auf der dritten Rotationsachse im Zahneingriff, wodurch die erste elektrische Maschine direkt an die dritte Stirnradstufe angebunden wird. Dadurch kann mindestens ein Zahnrad eingespart werden. Hierzu wird auf die erste und zweite Ausführungsform gemäß 2 und 4 verwiesen.
  • Alternativ weist die zweite Getriebeeingangswelle ein Festrad auf, das mit einem Zwischenrad im Zahneingriff steht, wobei das Zwischenrad ferner mit einem vierten Zahnrad auf der ersten Rotationsachse, das mit dem dritten Zahnrad auf der ersten Rotationsachse drehfest verbunden ist, im Zahneingriff steht. Hierzu wird auf die dritte Ausführungsform gemäß 5 verwiesen.
  • Ferner alternativ weist die zweite Getriebeeingangswelle ein Festrad auf, das mit einem Zwischenrad im Zahneingriff steht, wobei das Zwischenrad ferner mit einem vierten Zahnrad auf der dritten Rotationsachse, das mit der Vorgelegewelle drehfest verbunden ist, im Zahneingriff steht. Hierzu wird auf die vierte Ausführungsform gemäß 6 verwiesen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind das zweite und dritte Schaltelement zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst ausgebildet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind das vierte und fünfte Schaltelement zu einem weiteren Doppelschaltelement zusammengefasst ausgebildet. Alternativ sind das dritte und fünfte Schaltelement zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst ausgebildet. Das jeweilige Doppelschaltelement ist mittels eines einzigen Aktuators schaltbar.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Dämpfungseinrichtung im Leistungsfluss vor der ersten Getriebeeingangswelle angeordnet. Beispielsweise ist die Dämpfungseinrichtung achsparallel zu der ersten Getriebeeingangswelle angeordnet. Alternativ ist die Dämpfungseinrichtung koaxial zu der ersten Getriebeeingangswelle angeordnet. Die Dämpfungseinrichtung ist dazu eingerichtet, die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors an das Getriebe, insbesondere an die erste Getriebeeingangswelle anzubinden. Die Dämpfungseinrichtung kann einen Torsionsdämpfer und/oder einen Tilger und/oder eine Rutschkupplung aufweisen. Der Torsionsdämpfer kann als Zweimassenschwungrad ausgebildet sein. Der Tilger kann als drehzahladaptiver Tilger ausgebildet sein.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Getriebe ein als Trennkupplung ausgebildetes Schaltelement auf, das dazu eingerichtet ist, die erste Getriebeeingangswelle vom Verbrennungsmotor abzukoppeln. Mittels Trennkupplung werden zwei elektromotorische Fahrmodi realisiert, wobei sich dadurch der Verbrennungsmotor zum rein elektrischen Fahren mittels der ersten elektrischen Maschine abkoppeln lässt. Insbesondere ist die Trennkupplung koaxial zum Verbrennungsmotor angeordnet. Beispielsweise ist die Trennkupplung achsparallel zu der ersten Getriebeeingangswelle angeordnet. Alternativ ist die Trennkupplung koaxial zu der ersten Getriebeeingangswelle angeordnet. Die Trennkupplung ist in dem Antriebsstrang zwischen dem Verbrennungsmotor und der ersten Getriebeeingangswelle angeordnet. Weiterhin kann die Trennkupplung im Leistungsfluss vom Verbrennungsmotor nach der Dämpfungseinrichtung angeordnet sein. Die Trennkupplung kann entweder als formschlüssiges oder als kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein. Eine als formschlüssiges Schaltelement ausgebildete Trennkupplung ist kompakter und weist weniger Energieverluste als ein kraftschlüssiges Schaltelement auf. Ein Vorteil einer als reibschlüssiges Schaltelement ausgebildeten Trennkupplung ergibt sich aus der Möglichkeit dieses auch unter Last öffnen zu können, beispielsweise bei einer Vollbremsung oder einer Fehlfunktion des Verbrennungsmotors. Insbesondere kann eine reibschlüssige Trennkupplung auch bei Differenzdrehzahl der beiden Kupplungsteile geschlossen werden, sodass beispielsweise ein sogenannter „Schwungstart“ des Verbrennungsmotors mittels der ersten elektrischen Maschine möglich ist, wobei dazu insbesondere die Trägheitsmasse der elektrischen Maschine zum Starten des Verbrennungsmotors ausgenutzt wird.
  • Ein erfindungsgemäßer Antriebsstrang umfasst einen Verbrennungsmotor, eine erste elektrische Maschine und ein erfindungsgemäßes Getriebe, wobei der Verbrennungsmotor und die erste elektrische Maschine achsparallel zueinander angeordnet sind. Bevorzugt weist der Antriebsstrang eine zweite elektrische Maschine zum Antrieb einer weiteren Antriebsachse des Fahrzeugs auf. Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Getriebes gelten sinngemäß ebenfalls für den erfindungsgemäßen Antriebsstrang.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt, wobei gleich Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:
    • 1 eine stark abstrahierte schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einem Antriebsstrang, der ein erfindungsgemäßes Getriebe umfasst;
    • 2 eine stark abstrahierte schematische Ansicht eines Antriebsstrangs mit einem erfindungsgemäßen Getriebe gemäß einer ersten Ausführungsform;
    • 3 eine Schaltmatrix für den Antriebsstrang gemäß 2
    • 4 eine stark abstrahierte schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Getriebes gemäß einer zweiten Ausführungsform;
    • 5 eine stark abstrahierte schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Getriebes gemäß einer dritten Ausführungsform;
    • 6 eine stark abstrahierte schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Getriebes gemäß einer vierten Ausführungsform;
    • 7 eine stark abstrahierte schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Getriebes gemäß einer fünften Ausführungsform;
    • 8 eine stark abstrahierte schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Getriebes gemäß einer sechsten Ausführungsform; und
    • 9 eine stark abstrahierte schematische Ansicht eines Antriebsstrangs mit einem erfindungsgemäßen Getriebe gemäß einer siebten Ausführungsform.
  • 1 zeigt das Fahrzeug 100 mit einer ersten Antriebsachse 101 mit zwei Rädern R1, R2 und einer zweiten Antriebsachse 102 mit zwei Rädern R3, R4. Vorliegend ist die erste Antriebsachse 101 als Frontachse des Fahrzeugs 100 ausgebildet und mit einem als Hybridgetriebe ausgebildeten Getriebe 1 ausgestattet, das einen Verbrennungsmotor VM und eine erste elektrische Maschine EM1 mit den Rädern R1, R2 der ersten Antriebsachse 101 antriebswirksam verbindet. Dazu ist in dem Getriebe 1 ein Differential 2 integriert. Das Getriebe 1 ist quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnet. Der Verbrennungsmotor VM und die erste elektrische Maschine EM2 sind achsparallel zueinander und zum Getriebe 1, insbesondere zum Differential 2, ausgebildet. An der zweiten Antriebsachse 102, also der Heckachse des Fahrzeugs 100, ist eine zweite elektrische Maschine EM2 zum elektromotorischen Antrieb der Heckachse angeordnet. Durch die zweite elektrische Maschine EM2 an der zweiten Antriebsachse 102 wird ein Allrad-Antriebssystem realisiert. Insbesondere ist die zweite elektrische Maschine EM2 über ein - nicht näher dargestelltes - Differential an der zweiten Antriebsachse 102 mit den Rädern R3, R4 der zweiten Antriebsachse 102 antriebswirksam verbunden. Alternativ kann der Antrieb an der zweiten Antriebsachse 102 des Fahrzeugs 100 entfallen, wodurch Kosten, Gewicht und Bauraum eingespart werden.
  • 2 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Getriebe 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Getriebe 1 umfasst eine erste Getriebeeingangswelle W1 zur Anbindung eines Verbrennungsmotors VM, wobei die erste Getriebeeingangswelle W1 und der Verbrennungsmotor VM auf einer ersten Rotationsachse A1 angeordnet sind. Ferner sind auf der ersten Rotationsachse A1 ein erstes Schaltelement A, ein viertes Schaltelement D und ein als Trennkupplung K0 ausgebildetes Schaltelement angeordnet, wobei die Trennkupplung K0 optional ist, somit auch entfallen kann. Die Trennkupplung K0 ist dazu eingerichtet, in einem geöffneten Zustand die erste Getriebeeingangswelle W1 von einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors VM abzukoppeln und in einem geschlossenen Zustand die erste Getriebeeingangswelle W1 mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors VM antriebswirksam, insbesondere über eine nicht näher dargestellte Dämpfungseinrichtung zu verbinden. Vorliegend ist die Trennkupplung K0 als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet, kann aber alternativ als reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein.
  • Ferner ist auf der ersten Rotationsachse A1 ein als Überlagerungsgetriebe ausgebildeter erster Planetenradsatz P1 mit einem ersten Element P11, einem zweiten Element P12 und einem dritten Element P13 angeordnet. Das erste Element P11 des ersten Planetenradsatzes P1 ist als Sonnenrad ausgebildet, wobei das zweite Element P12 des ersten Planetenradsatzes P1 als Hohlrad ausgebildet ist, wobei das dritte Element P13 des ersten Planetenradsatzes P1 als Planetenträger mit mehreren Planetenrädern ausgebildet ist. Die erste Getriebeeingangswelle W1 ist mit dem ersten Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest verbunden. Eine Hauptabtriebswelle W4 ist auf der ersten Rotationsachse A1 angeordnet und mit dem dritten Element E13 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest verbunden.
  • Das Getriebe 1 umfasst ferner eine zweite Getriebeeingangswelle W2 zur Anbindung einer ersten elektrischen Maschine EM1, wobei die zweite Getriebeeingangswelle W2 und die erste elektrische Maschine EM1 auf einer zweiten Rotationsachse A2 angeordnet sind. Die zweite Getriebeeingangswelle W2 ist mit einer Rotorwelle der ersten elektrischen Maschine EM1 drehfest verbunden und weist ein Festrad F auf.
  • Das Getriebe 1 umfasst ferner ein zweites, drittes und fünftes Schaltelement B, C, E und eine Vorgelegewelle W3, die auf einer dritten Rotationsachse A3 angeordnet sind. Vorliegend sind alle Schaltelemente A, B, C, D, E als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet, können aber alternativ als reibschlüssige Schaltelemente ausgebildet sein. Die erste, zweite und dritte Rotationsachse A1, A2, A3 sind achsparallel zueinander angeordnet.
  • Ferner sind auf der dritten Rotationsachse A3 ein erstes Zahnrad 31, ein zweites Zahnrad 32 und ein drittes Zahnrad 33 angeordnet. Das erste Zahnrad 31 auf der dritten Rotationsachse A3 ist als Losrad an der Vorgelegewelle W3 ausgebildet und steht mit einem ersten Zahnrad 11 auf der ersten Rotationsachse A1 im Zahneingriff, wodurch eine erste Stirnradstufe ST1 ausgebildet ist. Das erste Zahnrad 11 auf der ersten Rotationsachse A1 ist mit der ersten Getriebeeingangswelle W1 und dem ersten Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest verbunden.
  • Das zweite Zahnrad 32 auf der dritten Rotationsachse A3 ist als Losrad an der Vorgelegewelle W3 ausgebildet und steht mit einem zweiten Zahnrad 12 auf der ersten Rotationsachse A1 im Zahneingriff, wodurch eine zweite Stirnradstufe ST2 ausgebildet ist. Das zweite Zahnrad 12 auf der ersten Rotationsachse A1 ist mit dem zweiten Element E12 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest verbunden.
  • Das dritte Zahnrad 33 auf der dritten Rotationsachse A3 ist als Festrad an der Vorgelegewelle W3 ausgebildet, somit mit der Vorgelegewelle W3 drehfest verbunden, und steht mit einem dritten Zahnrad 13 auf der ersten Rotationsachse A1 im Zahneingriff, wodurch eine dritte Stirnradstufe ST3 ausgebildet ist. Das dritte Zahnrad 13 auf der ersten Rotationsachse A1 ist als Losrad ausgebildet und steht mit einem Zwischenrad Z im Zahneingriff. Ferner steht das Zwischenrad Z mit dem Festrad F an der zweiten Getriebeeingangswelle W2 im Zahneingriff. Mit anderen Worten ist die erste elektrische Maschine EM1 über das Zwischenrad Z an die dritte Stirnradstufe ST3 angebunden.
  • Das erste Schaltelement A verbindet im geschlossenen Zustand zwei der drei Elemente P11, P12, P13 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest miteinander, um den Planetenradsatz P1 zu verblocken. Vorliegend verbindet das erste Schaltelement A im geschlossenen Zustand das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes P1 mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes P1, wodurch der erste Planetenradsatz P1 im Block umläuft und eine Übersetzung von i=1 aufweist. Das zweite Schaltelement B verbindet im geschlossenen Zustand das erste und zweite Zahnrad 31, 32 auf der dritten Rotationsachse A3 drehfest miteinander, sodass die erste und dritte Stirnradstufe ST1, ST2 antriebswirksam miteinander verbunden sind. Das dritte Schaltelement C verbindet im geschlossenen Zustand das erste Zahnrad 31 auf der dritten Rotationsachse A3 drehfest mit der Vorgelegewelle W3, sodass die erste Stirnradstufe ST1 und die Vorgelegewelle W3 antriebswirksam miteinander verbunden sind. Das vierte Schaltelement D verbindet im geschlossenen Zustand das dritte Zahnrad 13 auf der ersten Rotationsachse A1 drehfest mit dem zweiten Element P12 des ersten Planetenradsatzes P1 und dem zweiten Zahnrad 12 auf der ersten Rotationsachse A1. Das fünfte Schaltelement E verbindet im geschlossenen Zustand das zweite Zahnrad 32 auf der dritten Rotationsachse A3 drehfest mit der Vorgelegewelle W3, um eine Antriebsleistung über die zweite Stirnradstufe ST2 und die Vorgelegewelle W3 zu leiten.
  • Das zweite und dritte Schaltelement B, C sind zu einem Doppelschaltelement DS zusammengefasst ausgebildet und mittels eines - nicht näher dargestellten - ersten gemeinsamen Aktuators schaltbar. Das vierte und fünfte Schaltelement D, E sind mittels eines - nicht näher dargestellten - zweiten gemeinsamen Aktuators schaltbar.
  • Ferner sind das erste Schaltelement A und die Trennkupplung K0 mittels eines jeweiligen - nicht näher dargestellten - Aktuators schaltbar.
  • Vorteilhaft an dem vorliegenden Getriebe 1 ist, insbesondere die einfache und kompakte Bauweise, wobei nicht nur geringe Bauteilbelastungen und geringe Getriebeverluste aufgrund der formschlüssigen Schaltelemente A, B, C, D, E, K0, sondern auch ein guter Verzahnungswirkungsgrad im verbrennungsmotorischen und elektrischen Betrieb des Fahrzeugs realisiert sind.
  • Ein Antriebsstrang gemäß 2 weist mehrere Fahrmodi auf, die in der Schaltmatrix gemäß 3 dargestellt sind, wobei in den Spalten der Schaltmatrix die jeweiligen Schaltelemente A, B, C, D, E, K0 aufgeführt sind, und wobei in den Zeilen der Schaltmatrix die jeweiligen Fahrmodi H1.1, H1.2, H1.3, H1.4, H2, H3.1, H3.2, H3.3, ZH, EDA1, EDA2, LiN, E1, E2 des Fahrzeugs aufgeführt sind. Durch den Eintrag eines Kreuzes in einem jeweiligen Kästchen der Schaltmatrix wird ein geschlossener Zustand des jeweiligen Schaltelements A, B, C, D, E, K0 dargestellt, wobei kein Eintrag einen geöffneten Zustand des jeweiligen Schaltelements A, B, C, D, E, K0 anzeigt. Mittels der sechs Schaltelemente A, B, C, D, E, K0 werden neun verbrennungsmotorische Gänge bzw. hybridische Fahrmodi H1.1, H1.2, H1.3, H1.4, H2, H3.1, H3.2, H3.3, ZH, zwei rein elektromotorische Gänge bzw. elektromotorische Fahrmodi E1, E2, zwei elektrodynamische Anfahrmodi EDA1, EDA2 und ein Fahrmodus Laden in Neutral LiN realisiert.
  • In einem ersten hybridischen Fahrmodus H1.1 sind die Trennkupplung K0, das zweite und vierte Schaltelement B, D geschlossen, wobei das erste, dritte und fünfte Schaltelement A, C, E geöffnet sind. In einem weiteren ersten hybridischen Fahrmodus H1.2 sind die Trennkupplung K0, das zweite und fünfte Schaltelement B, E geschlossen, wobei das erste, dritte und vierte Schaltelement A, C, D geöffnet sind. In einem weiteren ersten hybridischen Fahrmodus H1.3 sind die Trennkupplung K0, das zweite und dritte Schaltelement B, C geschlossen, wobei das erste, vierte und fünfte Schaltelement A, D, E geöffnet sind. In einem weiteren ersten hybridischen Fahrmodus H1.4 sind die Trennkupplung K0, das dritte und fünfte Schaltelement C, E geschlossen, wobei das erste, zweite und vierte Schaltelement A, B, D geöffnet sind. In einem zweiten hybridischen Fahrmodus H2 sind die Trennkupplung K0, das dritte und vierte Schaltelement C, D geschlossen, wobei das erste, zweite und fünfte Schaltelement A, B, E geöffnet sind. In einem dritten hybridischen Fahrmodus H3.1 sind die Trennkupplung K0, das erste und vierte Schaltelement A, D geschlossen, wobei das zweite, dritte und fünfte Schaltelement B, C, E geöffnet sind. In einem weiteren dritten hybridischen Fahrmodus H3.2 sind die Trennkupplung K0, das erste und fünfte Schaltelement A, E geschlossen, wobei das zweite, dritte und vierte Schaltelement B, C, D geöffnet sind. In einem weiteren dritten hybridischen Fahrmodus H3.3 sind die Trennkupplung K0, das erste und dritte Schaltelement A, C geschlossen, wobei das zweite, vierte und fünfte Schaltelement B, D, E geöffnet sind. In einem hybridischen Zusatzfahrmodus ZH sind die Trennkupplung K0, das vierte und fünfte Schaltelement D, E geschlossen, wobei das erste, zweite, und dritte Schaltelement A, B, C geöffnet sind. In diesen neun hybridischen Fahrmodi H1.1, H1.2, H1.3, H1.4, H2, H3.1, H3.2, H3.3, ZH ist der Verbrennungsmotor VM stets am Antrieb des Fahrzeugs beteiligt, wobei die erste elektrische Maschine EM1 den Antrieb unterstützen kann. Bei allen neun hybridischen Fahrmodi H1.1, H1.2, H1.3, H1.4, H2, H3.1, H3.2, H3.3, ZH ist die Trennkupplung K0 geschlossen. Die hybridischen Fahrmodi H1.1, H1.2, H1.3, H1.4, H2, H3.1, H3.2, H3.3, ZH bilden drei mechanische Hauptfahrgänge und den zusätzlichen Gang, Fahrmodus ZH, der kürzer ausgelegt ist als der erste Gang, für den Verbrennungsmotor VM.
  • Das Anfahren des Fahrzeugs erfolgt mittels des ersten elektrodynamischen Fahrmodus EDA1. In dem ersten elektrodynamischen Fahrmodus EDA1 sind die Trennkupplung K0 und das vierte Schaltelement D geschlossen, wobei das erste, zweite, dritte und fünfte Schaltelement A, B, C, E geöffnet sind. Der Verbrennungsmotor VM ist dann mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes P1 verbunden, wobei die erste elektrische Maschine EM1 am Hohlrad des ersten Planetenradsatzes P1 das Drehmoment des Verbrennungsmotors VM abstützt, wobei der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes P1 auf die Hauptabtriebswelle W4 abtreibt. Aus diesem elektrodynamischen Fahrmodus EDA1 kann der Verbrennungsmotor VM in die hybridischen Fahrmodi H1.1, H2 und H3.1 gelangen, weil das vierte Schaltelement D in diesen Fahrmodi H1.1, H2 und H3.1 jeweils geschlossen ist. In dem zweiten elektrodynamischen Fahrmodus EDA2 sind die Trennkupplung K0 und das fünfte Schaltelement E geschlossen, wobei das erste, zweite, dritte und vierte Schaltelement A, B, C, D geöffnet sind. Aus diesem elektrodynamischen Fahrmodus EDA2 kann der Verbrennungsmotor VM in die hybridischen Fahrmodi H1.2, H1.4 und H3.2 gelangen, weil das fünfte Schaltelement E in diesen Fahrmodi H1.2, H1.4 und H3.2 jeweils geschlossen ist. Die elektrodynamischen Fahrmodi EDA1 und EDA2 werden sowohl zum elektrodynamischen Anfahren als auch für Lastschaltungen verwendet. Lastschaltungen erfolgen abtriebsgestützt durch die erste elektrische Maschine EM1. Beispielsweise wird eine Schaltung aus dem ersten Gang, insbesondere aus Fahrmodus H1.1, in den zweiten Gang, insbesondere in den Fahrmodus H2, durch die erste elektrische Maschine EM1 elektrodynamisch unterstützt, wobei das vierte Schaltelement D geschlossen bleibt. Beispielsweise wird eine Schaltung aus dem zweiten Gang, insbesondere aus Fahrmodus H2, in den dritten Gang, insbesondere in den Fahrmodus H3.1, durch die erste elektrische Maschine EM1 elektrodynamisch unterstützt, wobei das vierte Schaltelement D geschlossen bleibt. Der erste elektrodynamische Fahrmodus EDA1 wird somit zum Anfahren und für die Lastschaltung von Fahrmodus H1.1 nach Fahrmodus H2 und von Fahrmodus H2 nach Fahrmodus H3.1 genutzt.
  • Beispielhaft wird das Prinzip der Lastschaltung anhand der Lastschaltung von Fahrmodus H1.1 in den Fahrmodus H2 erläutert. Im Ausgangszustand des Fahrmodus H1.1 sind die Trennkupplung K0 sowie das zweite und vierte Schaltelement B, D geschlossen. Die Drehmomente von dem Verbrennungsmotor VM und von der ersten elektrischen Maschine EM1 werden derart eingestellt, dass einerseits das gewünschte Abtriebsmoment bereitgestellt wird und andererseits das auszulegende formschlüssige zweite Schaltelement B lastfrei wird. Sobald das zweite Schaltelement B lastfrei ist, wird das zweite Schaltelement B geöffnet. Danach werden die Drehmomente von dem Verbrennungsmotor VM und von der ersten elektrischen Maschine EM1 derart eingestellt, dass einerseits das gewünschte Abtriebsmoment bereitgestellt wird und andererseits die Drehzahl des Verbrennungsmotors VM absinkt, um das einzulegende formschlüssige dritte Schaltelement C zu synchronisieren. Sobald das dritte Schaltelement C synchron ist, wird es geschlossen, wobei dann der hybridische Fahrmodus H2 vorliegt. Rückschaltungen erfolgen analog zu Hochschaltungen, nur in umgekehrter Ablauf-Folge. Ferner sind auch Schubschaltungen möglich, da die erste elektrische Maschine EM1 auch ein Drehmoment am Planetensatz bremsend abstützen kann.
  • In einem ersten elektromotorischen Fahrmodus E1 sind das erste und fünfte Schaltelement A, E geschlossen, wobei die Trennkupplung K0, das zweite, dritte und vierte Schaltelement B, C, D geöffnet sind. In einem zweiten elektromotorischen Fahrmodus E2 sind das erste und vierte Schaltelement A, D geschlossen, wobei die Trennkupplung K0, das zweite, dritte und fünfte Schaltelement B, C, E geöffnet sind. In den elektromotorischen Fahrmodi E1, E2 erfolgt der Antrieb des Fahrzeugs ausschließlich über die erste elektrische Maschine EM1, wobei der Verbrennungsmotor VM von der Hauptabtriebswelle W4 entkoppelt ist.
  • Im Fahrmodus Laden in Neutral LiN sind die Trennkupplung K0 und das dritte Schaltelement C geschlossen, wobei das erste, zweite, vierte und fünfte Schaltelement A, B, D, E geöffnet sind. Der Verbrennungsmotor VM und die erste elektrische Maschine EM1 drehen dann in einem festen Verhältnis zueinander. In diesem Zustand kann der Verbrennungsmotor VM mit der ersten elektrischen Maschine EM1 gestartet werden und es kann eine Bordnetzversorgung durch die erste elektrische Maschine EM1 bzw. ein Laden des elektrischen Energiespeichers erfolgen. Ein Verbraucher kann auch eine zweite elektrische Maschine EM2 an einer zweiten Antriebsachse 102 sein, wie in 1 dargestellt. Ein Übergang von dem Fahrmodus LiN ist in die Fahrmodi H1.3, H1.4, H2 und H3.3 möglich, weil das dritte Schaltelement C in diesen Fahrmodi H1.3, H1.4, H2 und H3.3 jeweils geschlossen ist.
  • Ferner kann mittels der zweiten elektrischen Maschine EM2 eine Zugkraftstützung erfolgen, wenn im Getriebe Umschaltungen notwendig sind, bei denen der Abtrieb des Getriebes lastfrei wird. Solche Übergänge sind beispielsweise, wenn zunächst rein elektrisch zumindest mit der ersten elektrischen Maschine EM1 gefahren wird, und ein Start des Verbrennungsmotors VM mit der ersten elektrische Maschine EM1 erfolgen muss, weil diese dann nicht mehr am Abtrieb teilnehmen kann. Bei geschlossenem dritten Schaltelement C erfolgt ein beliebiger Wechsel zwischen den Fahrmodi H1.3, H1.4, H2 und H3.3. Vorteil dabei ist, dass die erste elektrische Maschine EM1 unterbrechungsfrei generatorisch arbeiten kann und dadurch sowohl das Bordnetz als auch die zweite elektrische Maschine EM2 mit elektrischer Leistung versorgen kann.
  • 4 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebes 1. Das Getriebe 1 gemäß 4 ist zur Vereinfachung nur mit der ersten elektrischen Maschine EM1 und ohne Verbrennungsmotor sowie optionaler Trennkupplung dargestellt und entspricht im Wesentlichen dem Getriebe 1 gemäß 2, wobei der Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Anbindung der ersten elektrischen Maschine EM1 besteht. Vorliegend steht das Zwischenrad Z mit dem dritten Zahnrad 33, das mit der Vorgelegewelle W3 drehfest verbunden ist, auf der dritten Rotationsachse A3 im Zahneingriff. Dadurch ist die erste elektrische Maschine EM1 über die zweite Getriebeeingangswelle W2 mit dem Festrad F und das Zwischenrad Z an die dritte Stirnradstufe ST3 angebunden. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 3 dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, auf das Bezug genommen wird.
  • 5 zeigt eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebes 1. Das Getriebe 1 gemäß 5 ist zur Vereinfachung nur mit der ersten elektrischen Maschine EM1 und ohne Verbrennungsmotor sowie optionaler Trennkupplung dargestellt und entspricht im Wesentlichen dem Getriebe 1 gemäß 2, wobei der Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Anbindung der ersten elektrischen Maschine EM1 besteht. Vorliegend steht das Zwischenrad Z mit einem vierten Zahnrad 14 auf der ersten Rotationsachse A1 im Zahneingriff. Das vierte Zahnrad 14 auf der ersten Rotationsachse A1 ist mit dem dritten Zahnrad 13 auf der ersten Rotationsachse A1 drehfest verbunden. Dadurch ist die erste elektrische Maschine EM1 über die zweite Getriebeeingangswelle W2 mit dem Festrad F und das Zwischenrad Z an das vierte und dritte Zahnrad 14, 13 auf der ersten Rotationsachse A1 angebunden. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 5 dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, auf das Bezug genommen wird.
  • 6 zeigt eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebes 1. Das Getriebe 1 gemäß 6 ist zur Vereinfachung nur mit der ersten elektrischen Maschine EM1 und ohne Verbrennungsmotor sowie optionaler Trennkupplung dargestellt und entspricht im Wesentlichen dem Getriebe 1 gemäß 2, wobei der Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Anbindung der ersten elektrischen Maschine EM1 besteht. Vorliegend steht das Zwischenrad Z mit einem vierten Zahnrad 34 auf der dritten Rotationsachse A3 im Zahneingriff. Das vierte Zahnrad 34 auf der dritten Rotationsachse A3 ist mit der Vorgelegewelle W3 und somit auch mit dem dritten Zahnrad 33 auf der dritten Rotationsachse A3 drehfest verbunden. Dadurch ist die erste elektrische Maschine EM1 über die zweite Getriebeeingangswelle W2 mit dem Festrad F und das Zwischenrad Z an das vierte und dritte Zahnrad 34, 33 auf der dritten Rotationsachse A1, die mit der Vorgelegewelle W3 drehfest verbunden sind, angebunden. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 6 dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, auf das Bezug genommen wird.
  • 7 zeigt eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebes 1. Das Getriebe 1 gemäß 7 ist zur Vereinfachung nur mit der ersten elektrischen Maschine EM1 und ohne Verbrennungsmotor sowie optionaler Trennkupplung dargestellt und entspricht im Wesentlichen dem Getriebe 1 gemäß 6, wobei der Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Anbindung der dritten Stirnradstufe ST3 und der Anordnung des vierten Schaltelements D besteht. Vorliegend ist das dritte Zahnrad 13 auf der ersten Rotationsachse A1 mit dem zweiten Element P12 des ersten Planetenradsatzes P1 und dem zweiten Zahnrad 12 auf der ersten Rotationsachse A1 drehfest verbunden, wobei das dritte Zahnrad 33 auf der dritten Rotationsachse A3 als Losrad ausgebildet und drehbar an der Vorgelegewelle W3 gelagert ist. Das vierte Schaltelement D ist auf der dritten Rotationsachse A3 angeordnet und verbindet im geschlossenen Zustand das dritte Zahnrad 33 auf der dritten Rotationsachse A3 drehfest mit der Vorgelegewelle W3. Ferner sind das vierte und fünfte Schaltelement D, E zu einem Doppelschaltelement DS zusammengefasst ausgebildet sind. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 7 dem Ausführungsbeispiel gemäß 6, auf das Bezug genommen wird.
  • 8 zeigt eine sechste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebes 1. Das Getriebe 1 gemäß 8 ist zur Vereinfachung nur mit der ersten elektrischen Maschine EM1 und ohne Verbrennungsmotor sowie optionaler Trennkupplung dargestellt und entspricht im Wesentlichen dem Getriebe 1 gemäß 2, wobei der Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Anbindung der ersten und dritten Stirnradstufe ST1, ST3 sowie der Anordnung des dritten Schaltelements C besteht. Vorliegend ist das erste Zahnrad 31 auf der dritten Rotationsachse A3 mit der Vorgelegewelle W3 drehfest verbunden, wobei das dritte Zahnrad 33 auf der dritten Rotationsachse A3 als Losrad an der Vorgelegewelle W3 ausgebildet ist. Das dritte Schaltelement C verbindet in einem geschlossenen Zustand das dritte Zahnrad 33 auf der dritten Rotationsachse A3 mit der Vorgelegewelle W3 und somit auch mit dem ersten Zahnrad 31 auf der dritten Rotationsachse A3. Ferner sind das dritte und fünfte Schaltelement C, E zu einem Doppelschaltelement DS zusammengefasst ausgebildet. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 8 dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, auf das Bezug genommen wird.
  • 9 zeigt einen Antriebsstrang mit einer siebten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebes 1. Das Getriebe 1 gemäß 9 entspricht im Wesentlichen dem Getriebe 1 gemäß 2, wobei die Unterschiede zwischen diesen beiden Ausführungsformen nachfolgend erläutert werden. Vorliegend weist das Getriebe 1 ein auf der ersten Rotationsachse A1 angeordnetes Differential 2 und einen zweiten Planetenradsatz P2, der im Leistungsfluss zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem Differential 2 angeordnet ist, auf. Das Differential 2 umfasst eine Differentialeingangswelle 3 und zwei Differentialausgangswellen 4, 5. Die erste Getriebeeingangswelle W1 ist als Hohlwelle ausgebildet, wobei sich die zweite Differentialausgangswelle 5 axial durch die Getriebeeingangswelle W1 und das Getriebe 1 erstreckt.
  • Der zweite Planetenradsatz P2 ist als konstante Übersetzungsstufe ausgebildet und umfasst ein erstes Element P21, das mit der Hauptabtriebswelle W4 und somit mit dem Planetenträger des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest verbunden ist, ein zweites Element P22, das stationär an einem Gehäuse G festgelegt ist, und ein drittes Element P23, das mit der Differentialeingangswelle 3 drehfest verbunden ist. Das erste Element P21 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist als Sonnenrad ausgebildet, wobei das zweite Element P22 des zweiten Planetenradsatzes P2 als Hohlrad ausgebildet ist, wobei das dritte Element P23 des zweiten Planetenradsatzes P2 als Planetenträger mit mehreren Planetenrädern ausgebildet ist.
  • Der Verbrennungsmotor VM ist nicht wie in 2 dargestellt auf der ersten Rotationsachse A1, sondern auf einer vierten Rotationsachse A4 angeordnet und über einen Zugmitteltrieb 7 mit der ersten Getriebeeingangswelle W1, die auf der ersten Rotationsachse A1 angeordnet ist, antriebswirksam verbunden. Der Zugmitteltrieb 7 umfasst ein drehfest mit der ersten Getriebeeingangswelle W1 verbundenes Zahnrad 8, ein Zahnrad 9 auf der vierten Rotationsachse, das über die Trennkupplung K0 und die Dämpfungseinrichtung mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors VM antriebswirksam verbindbar ist, und ein Zugmittel 10, welches die beiden Zahnräder 8, 9 des Zugmitteltriebs 7 umschlingt. Alternativ kann der Verbrennungsmotor VM über eine Räderkette mit mehreren Zahnrädern mit der Getriebeeingangswelle W1 antriebswirksam verbunden sein. Die vierte Rotationsachse A4 ist achsparallel zu der ersten, zweiten und dritten Rotationsachse A1, A2, A3 angeordnet. Die Trennkupplung K0 ist zusammen mit einer Dämpfungseinrichtung 6 auf der vierten Rotationsachse A4 angeordnet.
  • Ferner kann auf der vierten Rotationsachse A4 ein Zahnrad angeordnet sein, das zur Anbindung einer weiteren elektrischen Maschine, insbesondere eines Hochvolt-Starter-Generators, vorgesehen ist. Beispielsweise ist der Hochvolt-Starter-Generator achsparallel zum Verbrennungsmotor VM angeordnet und über einen Zugmitteltrieb mit dem Zahnrad auf der vierten Rotationsachse A4 antriebswirksam verbunden. Bevorzugt erfolgt über den Hochvolt-Starter-Generator ein Start des Verbrennungsmotors VM. Ferner ist der Hochvolt-Starter-Generator für die Stromversorgung des Bordnetzes des Fahrzeugs vorgesehen, wobei der Hochvolt-Starter-Generator auch vorteilhaft zur Unterstützung einer Drehzahlregelung des Verbrennungsmotors VM beim Ankoppeln und bei Gangschaltungen dienen kann. Alternativ kann der Hochvolt-Starter-Generator entfallen, wodurch das Getriebe 1 kompakter und günstiger wird. Ferner alternativ kann der Hochvolt-Starter-Generator koaxial zum Verbrennungsmotor VM angeordnet sein.
  • Bezugszeichen
    • 1
    Antriebsstrang
    2
    Differential
    3
    Differentialeingangswelle
    4
    Differentialausgangswelle
    5
    Differentialausgangswelle
    6
    Dämpfungseinrichtung
    7
    Zugmitteltrieb
    8
    Zahnrad des Zugmitteltriebs
    9
    Zahnrad des Zugmitteltriebs
    10
    Zugmittel des Zugmitteltriebs
    G
    Gehäuse
    W1
    erste Getriebeeingangswelle
    W2
    zweite Getriebeeingangswelle
    W3
    Vorgelegewelle
    W4
    Hauptabtriebswelle
    100
    Fahrzeug
    101
    erste Antriebsachse
    102
    zweite Antriebsachse
    R1
    Rad
    R2
    Rad
    R3
    Rad
    R4
    Rad
    VM
    Verbrennungsmotor
    EM1
    erste elektrische Maschine
    EM2
    zweite elektrische Maschine
    ST1
    erste Stirnradstufe
    11
    erstes Zahnrad auf der ersten Rotationsachse
    31
    erstes Zahnrad auf der dritten Rotationsachse
    ST2
    zweite Stirnradstufe
    12
    zweites Zahnrad auf der ersten Rotationsachse
    32
    zweites Zahnrad auf der dritten Rotationsachse
    ST3
    dritte Stirnradstufe
    13
    drittes Zahnrad auf der ersten Rotationsachse
    33
    drittes Zahnrad auf der dritten Rotationsachse
    F
    Festrad
    Z
    Zwischenrad
    14
    viertes Zahnrad auf der ersten Rotationsachse
    34
    viertes Zahnrad auf der dritten Rotationsachse
    A
    erstes Schaltelement
    B
    zweites Schaltelement
    C
    drittes Schaltelement
    D
    viertes Schaltelement
    E
    fünftes Schaltelement
    K0
    Trennkupplung
    DS
    Doppelschaltelement
    A1
    erste Rotationsachse
    A2
    zweite Rotationsachse
    A3
    dritte Rotationsachse
    A4
    vierte Rotationsachse
    P1
    erster Planetenradsatz
    P11
    erstes Element des ersten Planetenradsatzes
    P12
    zweites Element des ersten Planetenradsatzes
    P13
    drittes Element des ersten Planetenradsatzes
    P2
    zweiter Planetenradsatz
    P21
    erstes Element des zweiten Planetenradsatzes
    P22
    zweites Element des zweiten Planetenradsatzes
    P23
    drittes Element des zweiten Planetenradsatzes
  • 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 102011995562 A1 [0002]

Claims (15)

  1. Getriebe (1) für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs (100), aufweisend • eine auf einer ersten Rotationsachse (A1) angeordnete erste Getriebeeingangswelle (W1) zur Anbindung eines Verbrennungsmotors (VM), • eine auf einer zweiten Rotationsachse (A2) angeordnete zweite Getriebeeingangswelle (W2) zur Anbindung einer ersten elektrischen Maschine (EM1), • eine auf einer dritten Rotationsachse (A3) angeordnete Vorgelegewelle (W3) mit einem ersten Zahnrad (31), einem zweiten Zahnrad (32) und einem dritten Zahnrad (33), wobei das erste Zahnrad (31) auf der dritten Rotationsachse (A3) mit einem ersten Zahnrad (11) auf der ersten Rotationsachse (A1) im Zahneingriff steht und eine erste Stirnradstufe (ST1) bildet, wobei das zweite Zahnrad (32) auf der dritten Rotationsachse (A3) mit einem zweiten Zahnrad (12) auf der ersten Rotationsachse (A1) im Zahneingriff steht und eine zweite Stirnradstufe (ST2) bildet, wobei das dritte Zahnrad (33) auf der dritten Rotationsachse (A3) mit einem dritten Zahnrad (13) auf der ersten Rotationsachse (A1) im Zahneingriff steht und eine dritte Stirnradstufe (ST3) bildet, • zumindest einen auf der ersten Rotationsachse (A1) angeordneten und als Überlagerungsgetriebe ausgebildeten ersten Planetenradsatz (P1) mit einem ersten Element (P11), einem zweiten Element (P12) und einem dritten Element (P13), • eine Hauptabtriebswelle (W4), die auf der ersten Rotationsachse (A1) angeordnet und mit dem dritten Element (E13) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest verbunden ist, • ein erstes Schaltelement (A), ein zweites Schaltelement (B), ein drittes Schaltelement (C), ein viertes Schaltelement (D) und ein fünftes Schaltelement (E), wobei das erste Schaltelement (A) im geschlossenen Zustand zwei der drei Elemente (P11, P12, P13) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest verbindet, wobei das zweite Schaltelement (B) im geschlossenen Zustand das erste und zweite Zahnrad (31, 32) auf der dritten Rotationsachse (A3) drehfest verbindet, wobei das dritte Schaltelement (C) im geschlossenen Zustand das erste oder dritte Zahnrad (31, 33) auf der dritten Rotationsachse (A3) mit der Vorgelegewelle (W3) drehfest verbindet, wobei das vierte Schaltelement (D) im geschlossenen Zustand das zweite Element (P12) des ersten Planetenradsatzes (P1), die zweite Getriebeeingangswelle (W2) und die Vorgelegewelle (W3) antriebswirksam miteinander verbindet, wobei das fünfte Schaltelement (E) im geschlossenen Zustand das zweite Zahnrad (32) auf der dritten Rotationsachse (A3) mit der Vorgelegewelle (W3) drehfest verbindet, wobei die erste, zweite und dritte Rotationsachse (A1, A2, A3) achsparallel zueinander angeordnet sind.
  2. Getriebe (1) nach Anspruch 1, wobei das erste Zahnrad (11) auf der ersten Rotationsachse (A1) mit dem ersten Element (P11) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest verbunden ist.
  3. Getriebe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Zahnrad (12) auf der ersten Rotationsachse (A1) mit dem zweiten Element (P12) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest verbunden ist.
  4. Getriebe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das dritte Zahnrad (13) auf der ersten Rotationsachse (A1) als Losrad ausgebildet und mittels des vierten Schaltelements (D) drehfest mit dem zweiten Element (E12) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest verbindbar ist.
  5. Getriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das dritte Zahnrad (13) auf der ersten Rotationsachse (A1) mit dem zweiten Element (P12) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest verbunden ist, wobei das dritte Zahnrad (33) auf der dritten Rotationsachse (A3) als Losrad ausgebildet und im geschlossenen Zustand des vierten Schaltelements (D) mit der Vorgelegewelle (W3) drehfest verbunden ist.
  6. Getriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das erste und vierte Schaltelement (A, D) auf der ersten Rotationsachse (A1) angeordnet sind, wobei das zweite, dritte und fünfte Schaltelement (B, C, E) auf der dritten Rotationsachse (A3) angeordnet sind.
  7. Getriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 5, wobei das erste Schaltelement (A) auf der ersten Rotationsachse (A1) angeordnet ist, wobei das zweite, dritte, vierte und fünfte Schaltelement (B, C, D, E) auf der dritten Rotationsachse (A3) angeordnet sind.
  8. Getriebe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein auf der ersten Rotationsachse (A1) angeordnetes Differential (2) mit einer Differentialeingangswelle (3) und zwei Differentialausgangswellen (4, 5), wobei die Differentialeingangswelle (3) zumindest mittelbar mit der Hauptabtriebswelle (W4) verbunden ist.
  9. Getriebe (1) nach Anspruch 8, ferner aufweisend einen auf der ersten Rotationsachse (A1) angeordneten zweiten Planetenradsatz (P2), der im Leistungsfluss zwischen dem ersten Planetenradsatz (P1) und dem Differential (2) angeordnet ist, wobei der zweite Planetenradsatz (P2) ein erstes Element (P21), das mit der Hauptabtriebswelle (W4) drehfest verbunden ist, ein zweites Element (P22), das stationär festgelegt ist, und ein drittes Element (P23), das mit der Differentialeingangswelle (3) drehfest verbunden ist, aufweist.
  10. Getriebe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Getriebeeingangswelle (W2) ein Festrad (F) aufweist, das mit einem Zwischenrad (Z) im Zahneingriff steht, wobei das Zwischenrad (Z) ferner mit einem der beiden Zahnräder (13, 33), die die dritte Stirnradstufe (ST3) bilden, im Zahneingriff steht.
  11. Getriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die zweite Getriebeeingangswelle (W2) ein Festrad (F) aufweist, das mit einem Zwischenrad (Z) im Zahneingriff steht, wobei das Zwischenrad (Z) ferner mit einem vierten Zahnrad (14) auf der ersten Rotationsachse (A1), das mit dem dritten Zahnrad (13) auf der ersten Rotationsachse (A1) drehfest verbunden ist, im Zahneingriff steht.
  12. Getriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die zweite Getriebeeingangswelle (W2) ein Festrad (F1) aufweist, das mit einem Zwischenrad (Z) im Zahneingriff steht, wobei das Zwischenrad (Z) ferner mit einem vierten Zahnrad (34) auf der dritten Rotationsachse (A3), das mit der Vorgelegewelle (W3) drehfest verbunden ist, im Zahneingriff steht.
  13. Getriebe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite und dritte Schaltelement (B, C) zu einem Doppelschaltelement (DS) zusammengefasst ausgebildet sind.
  14. Getriebe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein als Trennkupplung (K0) ausgebildetes Schaltelement, das dazu eingerichtet ist, die erste Getriebeeingangswelle (W1) vom Verbrennungsmotor (VM) abzukoppeln.
  15. Antriebsstrang umfassend einen Verbrennungsmotor (VM), zumindest eine erste elektrische Maschine (EM1) und ein Getriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Verbrennungsmotor (VM) und die erste elektrische Maschine (EM1) achsparallel zueinander angeordnet sind.
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