Die Erfindung betrifft eine Getriebeeinheit, insbesondere eine Motor-Getriebe-Einheit mit einer elektrischen Maschine. Derartige Motor-Getriebe-Einheiten können unter anderem in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen und sind dort Teil des Antriebsstrangs, über den die Antriebsräder antreibbar sind.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Schaltverfahren zum Schalten der Getriebeeinheit.

Aus dem Stand der Technik sind viele Getriebeeinheiten bekannt, in denen Planetenradsätze zum Einsatz kommen, um eine Drehmomentwandlung als Verhältnis eines Ausgangsdrehmomentes zu einem Eingangsdrehmoment sowie eine Übersetzung als Verhältnis einer Eingangsdrehzahl zu einer Ausgangsdrehzahl bereitstellen.

Aus der DE 102020 104727 A1 ist ein Getriebe zum Antrieb eines Fahrzeugs bekannt, bei dem zwei verschaltete Planetenradsätze verwendet werden, um zwei unterschiedliche Gänge mit einer vorteilhaften Übersetzungsaufteilung bei einer einfachen Getriebestruktur zu schalten. Es wird vorgeschlagen, die Planetenträger der beiden Planetengetriebe permanent miteinander zu verbinden, so dass eine große Übersetzung und gleichzeitig eine große Spreizung ermöglicht wird.

Aus der DE 102018 101 270 A1 ist ein weiteres Getriebe bekannt, bei dem eine lastschaltbare Doppelkupplungsvorrichtung zum Einsatz kommt, um zwei Getriebeübersetzungen schalten zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Getriebeeinheit anzugeben, in welcher unterschiedliche Gänge mit einer vorteilhaften Übersetzungsaufteilung bei einer einfachen Getriebestruktur geschaltet werden können. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Schaltverfahren zum Schalten der Getriebeeinheit vorzuschlagen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend dem unabhängigen Anspruch 1 und dem Schaltverfahren nach Anspruch 9 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.

Es wird eine Getriebeeinheit vorgeschlagen, die in einem Getriebegehäuse untergebracht ist. Die Getriebeeinheit umfasst eine Eingangswelle, eine Ausgangswelle, einen ersten Planetenradsatz sowie einen zweiten Planetenradsatz, wobei die Planetenradsätze jeweils mehrere Elemente aufweisen, wobei ein Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes mit der Antriebswelle und eine Planetenträgerwelle des ersten Planetenradsatzes mit der Abtriebswelle drehfest gekoppelt sind.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass ein erstes Schaltelement zwischen Getriebegehäuse und Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes vorgesehen ist und ein weiteres Schaltelement, mittels dem mindestens ein weiteres Element in den Kraftfluss zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle schaltbar ist.

Neben der Möglichkeit, unterschiedliche Gänge zu schalten, kann die Getriebeeinheit durch Öffnen aller Schaltelemente in eine Neutralstellung geschaltet werden, in der die Antriebswelle komplett von der Abtriebswelle entkoppelt ist. In dieser Schaltstellung sind die Leerlaufverluste minimiert. Dies kann von Vorteil sein, wenn über die E- Maschine ein weiteres Aggregat unabhängig angetrieben werden soll, z.B. eine Klimaanlage.

Weiterhin kann ein zweites Schaltelement zwischen Getriebegehäuse und Hohlrad des zweiten Planetensatzes vorgesehen sein. Werden das erste und zweite Schaltelement geschaltet, bewirkt dies eine Übersetzung zwischen Antriebswelle und Planetenträgerwelle des ersten Planetensatzes. Dies kann beispielsweise eine Übersetzung von 3,5 : 1 bis 5,5 : 1 sein. Weiterhin kann ein drittes Schaltelement zwischen Antriebswelle und Koppelwelle, eine Wirkverbindung zwischen erstem und zweitem Planetensatz, vorgesehen sein. Werden das erste und dritte Schaltelement geschaltet, entsteht ein zweites Übersetzungsverhältnis zwischen Antriebswelle und Planetenträgerwelle des ersten Planetensatzes. Dies kann beispielsweise eine Übersetzung von 2,0 : 1 bis 3,5 : 1 sein.

Vorzugsweise ist die Koppelwelle derart ausgeführt, dass sie den Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes und das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes umfasst, so dass eine drehfeste Verbindung zwischen Planetenträger und Hohlrad gebildet wird.

Für zumindest einen weiteren Gang kann ein viertes Schaltelement zwischen Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes und der Planetenträgerwelle des ersten Planetenradsatzes vorgesehen sein. Werden das erste und vierte Schaltelement geschaltet, entsteht ein weiteres Übersetzungsverhältnis zwischen Antriebswelle und Planetenträgerwelle des ersten Planetensatzes. Dies kann beispielsweise eine Übersetzung von 1 ,1 : 1 bis 2,0 : 1 sein.

Sind zumindest das dritte und vierte Schaltelement vorhanden, kann durch Schalten der beiden Schaltelemente eine Übersetzung zwischen Antriebswelle und Planetenträgerwelle des ersten Planetensatzes von 1 : 1 geschaltet werden.

Die Schaltelemente können als reibschlüssige, formschlüssige oder eine Kombination aus beiden Schaltelementtypen ausgeführt sein.

In einer Ausführung kann die Sonnenradwelle des ersten Planetenradsatzes als Hohlwelle ausgeführt sein und die Planetenträgerwelle des ersten Planetenradsatzes kann durch die Hohlwelle führt sein. Alternativ kann die Planetenträgerwelle als Hohlwelle ausgeführt sein und die Sonnenradwelle durch die Hohlwelle führt sein.

In einer bevorzugten Ausführung kann weiterhin vorgesehen sein, dass zwischen Planetenträgerwelle des ersten Planetensatzes und der Abtriebswelle eine Abtriebsübersetzung vorgesehen ist. Die kann beispielsweise eine Stirnradgetriebe mit einer festen Übersetzung sein.

Weiterhin wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem durch die Schaltung von zwei der vier Schaltelemente in die Schließstellung eine Antriebsverbindung zwischen Antriebswelle 8 und Abtriebswelle 10 herstellbar ist.

Weiterhin kann durch die Schaltung zumindest eines der Schaltelemente in die Schließstellung eine Fixierung eines der Elemente der Planetenradsätze gegenüber dem Getriebegehäuse erfolgen.

Alternativ kann durch die Schaltung von zwei Schaltelementen in die Schließstellung eine Fixierung von jeweils zwei Elementen der Planetenradsätze zueinander erfolgen, so dass ein Blockieren der Planentensätze erreicht wird.

Unter dem Begriff „wirkverbunden" ist zu verstehen, dass zwei Getriebeelemente direkt miteinander verbunden sein können oder dass sich zwischen zwei Getriebeelemente noch weitere Getriebeelemente befinden, beispielsweise ein oder mehrere Wellen oder Zahnräder. Zwei miteinander im Zahneingriff stehende Zahnräder sind zur Übertragung eines Drehmoments und einer Drehzahl von dem einen Zahnrad auf das andere Zahnrad vorgesehen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:

Fig.1 eine erste Ausführung der Getriebeeinheit mit dem Antriebsmotor

Fig.2 eine zweite Ausführung der Getriebeeinheit mit dem Antriebsmotor

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine erste und zweite Ausführung der Getriebeeinheit 1 mit dem Antriebsmotor 14. Der Antriebsmotor 14 ist ein Elektromotor bzw. eine E -Maschine. Nicht dargestellt sind die weiteren Komponenten eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs, wie die Antriebsräder, ein Differential und/oder einer Kardanwelle. Die Koppelung der nachfolgenden Bauteile eines Antriebsstrangs mit der Getriebeeinheit 1 erfolgt über die Abtriebswelle 11 .

Zur Vereinfachung der Darstellungen der beiden Ausführungen in den Figuren 1 und 2 sind die Getriebeeinheiten 1 als vereinfachte Getriebestrukturen dargestellt.

Die beiden Ausführungen unterscheiden sich durch die Anordnung des Schaltelementes 5 in Bezug auf die Zahnräder der Abtriebsübersetzung 16, über die das Drehmoment von der Planetenträgerwelle 10 auf die Abtriebswelle 11 übertragen wird.

In der ersten Ausführung Figur 1 ist die Sonnenradwelle 15 des ersten Planetenradsatzes 3 als Hohlwelle ausgeführt, durch die die Planetenträgerwelle 10 des zweiten Planetenradsatzes 3 geführt ist.

In der zweiten Ausführung Figur 2 ist die Planetenträgerwelle 10 des ersten Planetenradsatzes 3 als Hohlwelle ausgeführt, durch die die Sonnenradwelle 15 des ersten Planetenradsatzes 3 geführt ist.

In beiden Fällen sind unterschiedliche Lagerkonzepte denkbar. So können beide Wellen gegenüber dem Getriebegehäuse gelagert sein oder alternativ gegeneinander.

Beide Ausführungen sind in Bezug auf die Kopplung der Elemente der Planetenradsatze 2, 3 und der Schaltelemente 4, 5, 6, 7 identisch ausgeführt oder, anders ausgedrückt, die Elemente der Planetenradsatze 2, 3 können mit Hilfe der Schaltelemente 4, 5, 6, 7 in gleicher Weise zueinander in Wirkverbindung gebracht werden. Die Funktion der Getriebeeinheit 1 kann somit für beide Ausführungen zusammengefasst werden.

Mittels der Getriebeeinheit 1 können, ausgehend von einer Leerlaufschaltstellung, bei der alle vier Schaltelemente 4, 5, 6, 7 in die Offenstellung geschaltet sind, 4 Übersetzungsstufen geschaltet werden. Für jede Übersetzungsstufe ist es erforderlich, dass zwei Schaltelemente gleichzeitig geschaltet sind, wobei für den Wechsel der Übersetzungsstufen jeweils nur ein Schaltelement geöffnet und ein anderes geschlossen werden muss.

Schalttabelle :

Zur Schaltung der Schaltelemente kann eine Drehzahlanpassung mittels der E-Maschine erfolgen, so dass eine Synchronisation der Wellendrehzahlen über reibschlüssige Kontaktflächen nicht erforderlich ist und somit formschlüssige Schaltelemente ohne Synchronisierungsfunktion zum Einsatz kommen können, wodurch der Gesamtwirkungsgrad besonders hoch wird. Diese eingesetzten formschlüssigen Schaltelemente können als Klauenschaltelemente ausgeführt sein.

Bei dem Einsatz kraftschlüssiger Schaltelemente, wie zum Beispiel Lamellenbremsen oder einer Lamellenkupplungen, können geringe Drehzahldifferenzen auch ohne eine Drehzahlregelung der E-Maschine ausgeglichen werden.

Wie aus den Figuren 1 und 2 zu entnehmen ist, ist das erste Schaltelement 4 zwischen Getriebegehäuse 12 und Sonnenrad 3.3 des ersten Planetenradsatzes 3 vorgesehen. Dieses erste Schaltelement 4 muss zusammen mit wahlweise einem weiteren Schaltelement 5, 6 oder 7 (entsprechend der Tabelle) geschaltet sein, um eine Untersetzung der E-Motordrehzahl und damit eine Momentenerhöhung zu erreichen, mit der die Abtriebswelle 11 angetrieben wird. Die Sonnenradwelle 15 ist im geschalteten Zustand des Schaltelements 4 drehtest mit dem Getriebegehäuse 12 gekoppelt. Die Anordnung des Schaltelementes 5 kann zwischen Getriebeeinheit 1 und Abtriebsübersetzung 16 oder alternativ hinter der Abtriebsübersetzung 16 erfolgen.

Das zweite Schaltelement 5 ist zwischen Getriebegehäuse 12 und Hohlrad 2.1 des zweiten Planetenradsatzes 2 vorgesehen, so dass das Hohlrad 2.1 gegenüber dem Gehäuse 12 fixierbar ist.

Sind die Schaltelemente 4 und 5 geschaltet, ist der erste Gang, zum Anfahren des Fahrzeugs, geschaltet.

Das vierte Schaltelement 7 ist zwischen Hohlrad 2.1 des zweiten Planetenradsatzes 2 und der Planetenträgerwelle 10 des ersten Planetenradsatzes 3 vorgesehen. Das Hohlrad 2.1 ist im geschalteten Zustand des Schaltelementes 7 drehfest mit der Planetenträgerwelle 10 gekoppelt. Sind die Schaltelemente 4 und 7 geschaltet, ist der zweite Gang geschaltet.

Das dritte Schaltelement 6 ist zwischen der Antriebswelle 8 und der Koppelwelle 9, der Wirkverbindung zwischen erstem und zweiten Planetensatz (2, 3), vorgesehen. Dies ermöglicht einen direkten Antrieb des Hohlrades 3.1 des ersten Planetenradsatzes 3.

Sind die Schaltelemente 4 und 7 geschaltet ist der dritte Gang geschaltet.

Eine der Besonderheiten der vorgeschlagenen Getriebeeinheit ist es, dass bei der Schaltung in den 4. Gang eine direkte Kopplung von Antriebswelle 8 und Abtriebswelle 11 , über die Planetenträgerwelle 10, geschaltet wird, so dass eine Übersetzung von 1 :1 aktiv ist. Dadurch entstehen Gleitwälzverluste nur noch im Kontakt der Abtriebsübersetzung 16, wodurch ein hoher maximaler Wirkungsgrad der Getriebeeinheit 1 basierend auf den Verlusten im Verzahnungskontakt von um die 99% erreicht werden kann. Zur Schaltung der Schaltelemente ist eine Vorrichtung vorgesehen, die dem Fachmann allgemein bekannt ist.

Weiterhin kann das Getriebegehäuse unterschiedlich aufgebaut sein. Bei der Ausführung nach Figur 1 kann die Abtriebsübersetzung 16 beispielsweise in einem separaten Gehäuse untergebracht sein. Bei beiden Ausführungen ist aber auch ein Getriebegehäuse denkbar, in dem auch die Abtriebsübersetzung 16 angeordnet ist.

Nicht dargestellt ist eine weitere denkbare Ausführung des Getriebes, bei dem das erste Schaltelement 4 als feste Anbindung an das Getriebegehäuse 12 ausgeführt ist, so dass das Getriebe zu einer 3-Gang-Variante wird.

Eine weitere Vereinfachung des Getriebes, für Lösungen mit noch geringeren Anforderungen an die Funktionalität ist auch eine Variante denkbar bei der nur die Schaltelemente 6 und 7 vorhanden sind und das erste Schaltelement 4 als feste Anbindung an das Getriebegehäuse 12 ausgeführt ist.

Bezugszeichenliste

1 Getriebeeinheit

2 zweiter Planetensatz

2.1 Hohlrad

2.2 Planetenrad

2.3 Sonnenrad

3 erster Planetensatz

3.1 Hohlrad

3.2 Planetenrad

3.3 Sonnenrad

4 erstes Schaltelement

5 zweites Schaltelement

6 drittes Schaltelement

7 viertes Schaltelement

8 Antriebswelle

9 Koppelwelle

10 Planetenträgerwelle

11 Abtriebswelle

12 Gehäuse

13 Planetenträger

14 E-Maschine

15 Sonnenradwelle

16 Abtriebsübersetzung