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Title:
TRANSMISSION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/030101
Kind Code:
A1
Abstract:
Transmission (G) having an input shaft (GW1), an output shaft (GW2), an intermediate shaft (WZ), a first and a second planetary gear set (P1, P2), an electric machine (EM) with a stator (S) and a rotor (R) which is connected operatively to the intermediate shaft (WZ), a first shifting element (K2), a second shifting element (B2), a third shifting element (K0), a fourth shifting element (K1) and a fifth shifting element (B1), wherein torque can be transmitted between the first, second and third element (E12, E22, E32) of the second planetary gear set (P2) by way of closure of the second shifting element (B2), wherein the input shaft (GW1) can be connected to the intermediate shaft (WZ) via the third shifting element (K0), wherein the output shaft (GW2) is connected permanently to the second element (E21) of the first planetary gear set (P1), wherein the first element (E11) of the first planetary gear set (P1) is connected permanently to the intermediate shaft (WZ) and can be connected to the second element (E22) of the second planetary gear set (P2) via the fourth shifting element (K1), wherein either the third element (E31) of the first planetary gear set (P1) or the second element (E22) of the second planetary gear set (P2) can be fixed non-rotatably by way of closure of the fifth shifting element (B1), wherein the third element (E31) of the first planetary gear set (P1) can be connected to the second element (E22) of the second planetary gear set (P2) via the first shifting element (K2), and wherein the second element (E21) of the first planetary gear set (P1) is either connected permanently or can be connected via the fifth shifting element (B1) to the third element (E32) of the second planetary gear set (P2).

Inventors:
BECK STEFAN (DE)
KALTENBACH JOHANNES (DE)
GRIESMEIER UWE (DE)
Application Number:
PCT/EP2015/067198
Publication Date:
March 03, 2016
Filing Date:
July 28, 2015
Export Citation:
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Assignee:
ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN (DE)
International Classes:
B60K6/48; B60W20/00; F16H3/66
Domestic Patent References:
WO2013159993A12013-10-31
Foreign References:
DE19700635A11997-08-07
DE102012210829A12014-01-02
DE102007022776A12008-12-04
DE102007037758A12009-03-19
DE102010007329A12010-09-23
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Claims:
Patentansprüche

1 . Getriebe (G) mit einer Eingangswelle (GW1 ), einer Ausgangswelle (GW2), einer Zwischenwelle (WZ), einem ersten und einem zweiten Planetenradsatz (P1 , P2), einer elektrischen Maschine (EM) mit einem Stator (S) und einem mit der Zwischenwelle (WZ) wirkverbundenen Rotor (R), einem ersten Schaltelement (K2), einem zweiten Schaltelement (B2), einem dritten Schaltelement (K0), einem vierten Schaltelement (K1 ) und einem fünften Schaltelement (B1 ), wobei der erste und der zweite Planetenradsatz (P1 , P2) je ein erstes Element (E1 1 , E12) ein zweites Element (E21 , E22) und ein drittes Element (E31 , E32) aufweisen, wobei das erste Element (E1 1 , E21 ) durch ein Sonnenrad des Planetenradsatzes (P1 , P2) gebildet ist, wobei das zweite Element (E21 , E22) im Falle eines Minus-Radsatzes durch einen Steg und im Falle eines Plus-Radsatzes durch ein Hohlrad des Planetenradsatzes (P1 , P2) gebildet ist. wobei das dritte Element (E31 , E32) im Falle eines Minus-Radsatzes durch das Hohlrad und im Falle eines Plus-Radsatzes durch den Steg des Planetenradsatzes (P1 , P2) gebildet ist, wobei durch Schließen des zweiten Schaltelements (B2) Drehmoment zwischen dem ersten, zweiten und dritten Element (E12, E22, E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) übertragbar ist, wobei die Eingangswelle (GW1 ) über das dritte Schaltelement (K0) mit der Zwischenwelle (WZ) verbindbar ist, wobei die Ausgangswelle (GW2) mit dem zweiten Element (E21 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) ständig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (E1 1 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) mit der Zwischenwelle (WZ) ständig verbunden und über das vierte Schaltelement (K1 ) mit dem zweiten Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbindbar ist, wobei durch Schließen des ersten Schaltelements (K2) und des fünften Schaltelements (B1 ) das dritte Element (E31 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) und das zweite Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest festsetzbar sind, wobei das dritte Element (E31 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) über das erste Schaltelement (K2) mit dem zweiten Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbindbar ist, und wobei das zweite Element (E21 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) mit dem dritten Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) entweder ständig verbunden oder über das zweite Schaltelement (B2) verbindbar ist.

2. Getriebe (G) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Element (E21 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) mit dem dritten Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig verbunden ist, wobei das erste Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes über das zweite Schaltelement (B2) drehfest festsetzbar ist.

3. Getriebe (G) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das fünfte Schaltelement (B1 ) und das zweite Schaltelement (B2) radial außerhalb des ersten und zweiten Planetenradsatzes (P1 , P2) angeordnet sind.

4. Getriebe (G) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Element (E21 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) über das zweite Schaltelement (B2) mit dem dritten Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbindbar ist, wobei das erste Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig drehfest festgesetzt ist.

5. Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch selektives Betätigen des ersten, zweiten, vierten und fünften Schaltelements (K2, B2, K1 , B1 ) vier Vorwärtsgänge (1 , 2, 3, 4) zwischen der Zwischenwelle (WZ) und der Ausgangswelle (GW2) schaltbar sind, wobei

der erste Vorwärtsgang (1 ) durch Schließen des fünften Schaltelements (B1 ) und des ersten Schaltelements (K2) gebildet wird, wobei

der zweite Vorwärtsgang (2) durch Schließen des zweiten Schaltelements (B2) und des ersten Schaltelements (K2) gebildet wird, wobei

der dritte Vorwärtsgang (3) durch Schließen des vierten Schaltelements (K1 ) und des ersten Schaltelements (K2) gebildet wird, und wobei

der vierte Vorwärtsgang (4) durch Schließen des zweiten Schaltelements (B2) und des vierten Schaltelements (K1 ) gebildet wird.

6. Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite und/oder das fünfte Schaltelement (B2, B1 ) als Bandbremse ausgeführt ist.

7. Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das fünfte Schaltelement (B1 ) als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist.

8. Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (K2) als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist.

9. Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückwärtsgang des Getriebes (G) durch Rückwärtsdrehung des Rotors (R) bei geöffnetem drittem Schaltelement (KO) und Betrieb in einem der vier Vorwärtsgänge (1 , 2, 3, 4) gebildet wird.

10. Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Schaltelement (K0) als trockene oder nasse Lamellenkupplung ausgebildet ist.

1 1 . Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Schaltelement (K0) als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist.

12. Hybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, wobei der Hybridantriebsstrang eine Verbrennungskraftmaschine (VKM), ein Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 sowie ein mit Rädern (DW) des Kraftfahrzeugs verbundenes Achsgetriebe (AG) aufweist, wobei die Eingangswelle (GW1 ) des Getriebes (G) mit der Verbrennungskraftmaschine (VKM) verbunden ist und die Ausgangswelle (GW2) mit dem Achsgetriebe (AG) verbunden ist, wobei das Kraftfahrzeug bei geöffnetem drittem Schaltelement (KO) in einem elektrischen Fahrbetrieb von der elektrischen Maschine (EM) antreibbar ist, wobei das Kraftfahrzeug bei geschlossenem drittem Schaltelement (KO) in einem verbrennungsmotorischen Betrieb von der Verbrennungskraftmaschine (VKM) allein antreibbar ist, und wobei das Kraftfahrzeug bei geschlossenem drittem Schaltelement (KO) in einem hybridischen Betrieb von der Verbrennungskraftmaschine (VKM) und von der elektrischen Maschine (EM) antreibbar ist.

13. Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstranges nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zum Anfahren des Kraftfahrzeugs bei geschlossenem drittem Schaltelement (KO) eines der im ersten Vorwärtsgang (1 ) geschlossenen Schaltelemente (B1 , K2) vom geöffneten Zustand in einen Schlupfbetrieb überführt wird und das andere der im ersten Vorwärtsgang (1 ) geschlossenen Schaltelemente (B1 , K2) geschlossen ist, wodurch bei gegebener Drehzahl der Eingangswelle (GW1 ) eine Drehzahl der Ausgangswelle (GW2) stetig verändert werden kann, wobei das in den Schlupf betrieb überführte Schaltelement (B1 , K2) durch ein kraftschlüssiges Schaltelement gebildet ist, welches mit einer variablen Drehmomentübertragungsfähigkeit ausgestattet ist.

14. Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs nach Anspruch 13, wobei das dritte Schaltelement (KO) als kraftschlüssiges Schaltelement mit variabler Drehmomentübertragungsfähigkeit ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im elektrischen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs in einem ersten Verfahrensschritt bei eingelegtem Vorwärtsgang (1 , 2, 3, 4) das erste, zweite, vierte oder fünfte Schaltelement (K2, B2, K1 , B1 ), welches zu diesem Zeitpunkt geschlossen ist, in einen

Schlupf betrieb überführt wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt die Drehmomentübertragungsfähigkeit des dritten Schaltelements (KO) erhöht wird, wodurch die Verbrennungskraftmaschine (VKM) gestartet wird, wobei das im ersten Verfahrensschritt in den Schlupf betrieb überführte Schaltelement (K2, B2, K1 , B1 ) durch ein kraftschlüssiges Schaltelement gebildet ist, welches mit einer variablen Drehmomentübe rtragungsfäh ig keit ausgestattet ist.

15. Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das im ersten Verfahrensschritt in den Schlupfbetrieb überführte Schaltelement das erste Schaltelement (K2) ist.

Description:
Getriebe

Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit einer Eingangswelle, einer Ausgangswelle, einer Zwischenwelle, einem ersten und einem zweiten Planetenradsatz, einer elektrischen Maschine mit einem Rotor und einem Stator und fünf Schaltelementen. Die Erfindung betrifft ferner einen Hybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, sowie ein Verfahren zur Steuerung eines solchen Hybridantriebsstranges.

Ein Getriebe bezeichnet hier insbesondere ein mehrgängiges Getriebe, bei dem eine vordefinierte Anzahl an Gängen, also festen Übersetzungsverhältnissen zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle, durch Schaltelemente vorzugsweise automatisch schaltbar ist. Bei den Schaltelementen handelt es sich hier beispielsweise um Kupplungen oder Bremsen. Derartige Getriebe finden vor allem in Kraftfahrzeugen Anwendung, um die Drehzahl- und Drehmomentabgabecharakteristik der Antriebseinheit den Fahrwiderständen des Fahrzeugs in geeigneter weise anzupassen.

Aus der noch unveröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2014 204 795.1 der Anmelderin ist ein Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt. Darüber hinaus lehrt die oben genannte Patentanmeldung einen Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem solchen Getriebe, sowie ein Verfahren zur Steuerung des Hybridantriebsstrangs.

Es ist eine erste Aufgabe der Erfindung, alternative Ausführungsformen des eingangs genannten Getriebes bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, geeignete Verfahren zum Betrieb eines solchen Getriebes in einem Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs anzugeben.

Die erste Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 . Die weitere Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 13. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren. Das Getriebe umfasst zumindest eine Eingangswelle, eine Ausgangswelle, eine Zwischenwelle, einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz, eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator, und ein erstes bis fünftes Schaltelement.

Ein Planetenradsatz umfasst ein Sonnenrad, einen Steg und ein Hohlrad. An dem Steg drehbar gelagert sind Planetenräder, welche mit der Verzahnung des Sonnenrades und/oder mit der Verzahnung des Hohlrads kämmen. Ein Minus-Radsatz bezeichnet einen Planetenradsatz mit einem Steg, an dem die Planetenräder drehbar gelagert sind, mit einem Sonnenrad und mit einem Hohlrad, wobei die Verzahnung zumindest eines der Planetenräder sowohl mit der Verzahnung des Sonnenrades, als auch mit der Verzahnung des Hohlrades kämmt, wodurch das Hohlrad und das Sonnenrad in entgegengesetzte Drehrichtungen rotieren, wenn das Sonnenrad bei feststehendem Steg rotiert. Ein Plus-Radsatz unterscheidet sich zu dem gerade beschriebenen Minus-Planetenradsatz dahingehend, dass der Plus-Radsatz innere und äußere Planetenräder aufweist, welche drehbar an dem Steg gelagert sind. Die Verzahnung der inneren Planetenräder kämmt dabei einerseits mit der Verzahnung des Sonnenrads und andererseits mit der Verzahnung der äußeren Planetenräder. Die Verzahnung der äußeren Planetenräder kämmt darüber hinaus mit der Verzahnung des Hohlrades. Dies hat zur Folge, dass bei feststehendem Steg das Hohlrad und das Sonnenrad in die gleiche Drehrichtung rotieren.

Sowohl der erste als auch der zweite Planetenradsatz weisen je ein erstes, zweites und drittes Element auf. Das erste Element wird durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet. Ist der Planetenradsatz als ein Minus-Radsatz ausgebildet, so wird das zweite Element durch einen Steg des Planetenradsatzes gebildet, und das dritte Element durch ein Hohlrad des Planetenradsatzes. Ist der Planetenradsatz als ein Plus-Radsatz ausgebildet, so wird das zweite Element durch das Hohlrad des Planetenradsatzes gebildet, und das dritte Element durch den Steg des Planetenradsatzes.

Durch Schließen des zweiten Schaltelements wird eine Drehmomentübertragung zwischen dem ersten, zweiten und dritten Element des zweiten Planetenradsatzes ermöglicht, sodass dich der zweite Planetenradsatz im Leistungsfluss zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle befindet. Ist das zweite Schaltelement geöffnet, so findet lediglich eine Drehzahlübertragung zwischen den Elementen des zweiten Planetenradsatzes statt. Bis auf geringfügige Verlustleistungen, die beispielsweise durch Schleppverluste hervorgerufen sein können, wird durch den zweiten Planetenradsatz bei geöffnetem zweitem Schaltelement keine Leistung übertragen.

Die Eingangswelle des Getriebes ist über das dritte Schaltelement mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbindbar, welcher mit der Zwischenwelle wirkverbunden ist. Die Wirkverbindung kann über eine direkte drehfeste Verbindung, oder über eine Übersetzung realisiert sein, beispielsweise über einen Planetenradsatz. Die Ausgangswelle ist mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes ständig verbunden.

Erfindungsgemäß ist das erste Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbunden, und über das vierte Schaltelement mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbindbar. Durch Schließen des ersten und fünften Schaltelements wird sowohl das dritte Element des ersten Planetenradsatzes als auch das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest festgesetzt. Das dritte Element des ersten Planetenradsatzes ist über das erste Schaltelement mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbindbar. Das zweite Element des ersten Planetenradsatzes ist mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes entweder ständig verbunden oder über das zweite Schaltelement verbindbar.

Eine direkte Verbindung zwischen dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes und dem Rotor der elektrischen Maschine vereinfacht insbesondere den Lageraufbau des Getriebes. Üblicherweise ist der Rotor einer elektrischen Maschine besonders starr zu lagern, um den Luftspalt zwischen Rotor und Stator unter allen Betriebsbedingungen möglichst konstant zu halten. Durch die erfindungsgemäße Lösung kann die dafür ohnehin erforderliche Rotorlagerung auch die Lagerung des Sonnenrads des ersten Planetenradsatzes übernehmen. Durch Schließen des ersten Schaltelements wird eine Drehmomentübertragung zwischen dem ersten, zweiten und dritten Element des ersten Planetenradsatzes ermöglicht, sodass dich der erste Planetenradsatz im Leistungsfluss zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle befindet. Durch die nun feste Anbindung des ersten Elements des ersten Planetenradsatzes an den Rotor ist das erste Schaltelement erfindungsgemäß im Kraftfluss zwischen dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes und dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes angeordnet.

Eine weitere Kopplung der beiden Planetenradsätze erfolgt durch eine Verbindung zwischen dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes und dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes. Diese Verbindung ist entweder ständig gegeben, oder über das zweite Schaltelement schaltbar.

Vorzugsweise ist das zweite Element des ersten Planetenradsatzes mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes ständig verbunden, wobei das erste Element des zweiten Planetenradsatzes über das zweite Schaltelement drehfest festsetzbar ist. Derart wird die Zugänglichkeit des zweiten Schaltelements erleichtert, insbesondere wenn der erste Planetenradsatz räumlich zwischen der Eingangswelle und dem zweiten Planetenradsatz angeordnet ist. In dieser Anordnung sind vorzugsweise das zweite und das fünfte Schaltelement radial außerhalb des ersten und zweiten Planetenradsatzes angeordnet. Auf diese Weise können das zweite und fünfte Schaltelement direkt am Gehäuse des Getriebes angeordnet werden können, welches sich radial außerhalb der beiden Planetenradsätze befindet. Sind das zweite und/oder das fünfte Schaltelement als hydraulisch betätigte Bandbremsen ausgebildet, so sind die Schaltelemente durch die gehäusenahe Anordnung gut mit Hydrau- likfluid erreichbar. Dies vereinfacht die Hydraulikfluidführung des Getriebes.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann das zweite Schaltelement in der Verbindung zwischen dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes und dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes angeordnet sein, wobei das erste Element des zweiten Planetenradsatzes ständig drehfest festgesetzt ist. Durch eine derartige drehfeste Anbindung des ersten Elements des zweiten Planetenradsatzes kann die Zentrierung der Getriebekomponenten vereinfacht werden. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind durch selektives Betätigen des ersten, zweiten, vierten und fünften Schaltelements vier Vorwärtsgänge zwischen der Zwischenwelle und der Ausgangswelle vorzugsweise automatisiert schaltbar. Bei geöffnetem drittem Schaltelement wird dabei Drehmoment allein durch den Rotor der elektrischen Maschine auf die Zwischenwelle aufgebracht. Bei geschlossenem drittem Schaltelement wird entweder allein durch ein Antriebsaggregat, welches mit der Eingangswelle verbunden ist, oder durch das Antriebsaggregat und den Rotor der elektrischen Maschine Drehmoment auf die Zwischenwelle aufgebracht. Der erste Vorwärtsgang wird durch Schließen des fünften Schaltelements und des ersten Schaltelements gebildet. Der zweite Vorwärtsgang wird durch Schließen des zweiten Schaltelements und des ersten Schaltelements gebildet. Der dritte Vorwärtsgang wird durch Schließen des vierten Schaltelements und ersten Schaltelements gebildet. Der vierte Vorwärtsgang wird durch Schließen des zweiten Schaltelements und des vierten Schaltelements gebildet. Dadurch wird, bei geeigneter Wahl der Standgetriebeübersetzung des ersten und zweiten Planetenradsatzes, eine für die Anwendung im Kraftfahrzeug gut geeignete Übersetzungsreihe erzielt. Zudem weisen zwei benachbarte Gänge stets ein Schaltelement auf, das in beiden diesen Gängen geschlossen ist. Bei einem Schaltvorgang in einen benachbarten Gang muss daher nur ein Schaltelement geöffnet und ein Schaltelement geschlossen werden. Dies vereinfacht den Schaltvorgang und verkürzt die Schaltdauer.

Vorzugsweise ist das fünfte Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet. Formschlüssige Schaltelemente stellen im geschlossenen Zustand die Verbindung durch Formschluss her, und zeichnen sich im geöffneten Zustand durch geringere Schleppverluste als kraftschlüssige Schaltelemente aus. Durch die im geöffneten Zustand geringen Schleppverluste wird der Wirkungsgrad des Getriebes verbessert, besonders da das fünfte Schaltelement lediglich im ersten Vorwärtsgang geschlossen ist. Das fünfte Schaltelement ist daher bei Betrieb des Getriebes im Kraftfahrzeug überwiegend geöffnet. Da das fünfte Schaltelement lediglich im ersten Vorwärtsgang geschlossen ist, wird das fünfte Schaltelement bei Schaltvorgängen in einen höheren Gang stets geöffnet, aber nicht geschlossen. Ein Öffnen eines Klauen-Schaltelements ist erheblich einfacher als der Schließ-Vorgang, da beim Schlie- ßen die Klauen des Klauenschaltelements erst in die dafür vorgesehen Lücken einrücken müssen, während beim Öffnen die Klauen lediglich lastfrei gestellt werden müssen. Beide Vorgänge benötigen Zeit, wobei besonders bei Schaltvorgängen von einem niedrigen Gang in einen höheren Gang die Schaltzeit aus fahrdynamischen Gründen möglichst kurz sein soll. Da das fünfte Schaltelement bei Schaltvorgängen in einen höheren Gang jedoch nie geschlossen, sondern lediglich geöffnet werden muss, besteht durch die Ausbildung des fünften Schaltelements als formschlüssiges Schaltelement keine Einschränkung hinsichtlich der Schaltdauer.

Vorzugsweise ist das erste Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet. Da das erste Schaltelement lediglich im vierten und damit höchsten Gang geöffnet ist, muss das erste Schaltelement bei einem Schaltvorgang in einen höheren Gang nie geschlossen werden. Daher besteht auch beim ersten Schaltelement durch die Ausbildung als formschlüssiges Schaltelement keine Einschränkung hinsichtlich der Schaltdauer. Zudem verbessert die Ausbildung als formschlüssiges Schaltelement den Wirkungsgrad des Getriebes im vierten Vorwärtsgang.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Rückwärtsgang des Getriebes durch Rückwärtsdrehung des Rotors der elektrischen Maschine gebildet, wobei das dritte Schaltelement geöffnet ist und einer der vier Vorwärtsgänge eingelegt ist. In anderen Worten weist das Getriebe keinen durch eine selektive Betätigung des ersten, zweiten, vierten und fünften Schaltelements gebildeten Rückwärtsgang auf, bei dem eine Drehrichtungsumkehr zwischen der Zwischenwelle und der Ausgangswelle erzeugt wird. Stattdessen wird die elektrische Maschine so betrieben, dass der Rotor entgegen einer Vorzugsdrehrichtung der Eingangswelle rotiert. Bei einem eingelegten Gang rotiert die Ausgangswelle in dieselbe Drehrichtung wie der Rotor. Durch diese Ausgestaltung kann im Vergleich zum Stand der Technik ein Schaltelement eingespart werden, wodurch die Komplexität des Getriebes und auch dessen Gewicht reduziert wird.

Gemäß einer Ausführungsform ist das dritte Schaltelement als eine trockene oder nasse Lamellenkupplung ausgebildet. Eine Lamellenkupplung besteht aus einem Innenlamellenträger und einem Außenlamellenträger, wobei eine Vielzahl von Innen- lamellen mit dem Innenlamellenträger verbunden ist, und eine Vielzahl von Außenlamellen mit dem Außenlamellenträger verbunden ist. Die Innenlamellen und Außenlamellen sind alternierend angeordnet und überlappen einander. Wird normal zur Lamellenfläche der Lamellen eine Kraft auf die Lamellen aufgebracht, so wird ein Drehmoment von einem Lamellenträger zum anderen Lamellenträger durch Reibung zwischen Innenlamellen und Außenlamellen übertragen. Das von einem Lamellenträger zum anderen Lamellenträger übertragene Drehmoment hängt dabei von der aufgebrachten Kraft ab. Ist die Kraft groß genug um durch Kraftschluss eine Differenzdrehzahl zwischen Innenlamellen und Außenlamellen zu unterbinden, so wird das gesamte Drehmoment übertragen. Reicht die Kraft dazu nicht aus, so wird nur ein Teil des Drehmoments übertragen, wobei es zu einer Differenzdrehzahl zwischen Innenlamellen und Außenlamellen kommt. Dieser Zustand wird auch als Schlupfbetrieb bezeichnet. Durch Variation der auf die Lamellen aufgebrachten Kraft ist die Drehmomentübertragungsfähigkeit des ersten Schaltelements einstellbar.

In einer alternativen Ausführungsform ist das dritte Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet. Dadurch kann der Wirkungsgrad des Getriebes verbessert werden, da das erste Schaltelement im geöffneten Zustand wesentlich geringere Schleppverluste erzeugt als ein kraftschlüssiges Schaltelement, wie beispielsweise eine Lamellenkupplung.

Das Getriebe kann Bestandteil eines Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sein. Der Hybridantriebsstrang weist neben dem Getriebe auch eine Verbrennungskraftmaschine auf, welche mit der Eingangswelle des Getriebes verbunden ist. Die Ausgangswelle des Getriebes ist mit einem Achsgetriebe verbunden, welcher mit Rädern des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Der Hybridantriebsstrang ermöglicht mehrere Antriebsmodi des Kraftfahrzeugs. In einem elektrischen Fahrbetrieb wird das Kraftfahrzeug von der elektrischen Maschine des Getriebes angetrieben, wobei das dritte Schaltelement geöffnet ist. In einem verbrennungsmotorischen Betrieb wird das Kraftfahrzeug von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben, wobei das dritte Schaltelement geschlossen ist. In einem hybridischen Betrieb wird das Kraftfahrzeug sowohl von der Verbrennungskraftmaschine als auch von der elektrischen Maschine des Getriebes angetrieben. In manchen Bet ebszuständen des Kraftfahrzeugs ist ein generatorischer Betrieb der elektrischen Maschine erforderlich, wobei der Rotor durch die Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird. Dazu ist das dritte Schaltelement geschlossen. Sind beide oder eines der beiden Schaltelemente, durch die ein Gang gebildet wird, nicht geschlossen, so wird dabei kein Drehmoment von der Eingangswelle zur Ausgangswelle übertragen. Soll das Kraftfahrzeug in diesem Betriebszustand unmittelbar anfahren, so wird eines der im ersten Vorwärtsgang geschlossenen Schaltelemente vom geöffneten Zustand in einen Schlupfbetrieb überführt, während das andere der im ersten Vorwärtsgang geschlossenen Schaltelemente geschlossen bleibt oder geschlossen wird. Durch das im Schlupf betrieb befindliche Schaltelement wird Drehmoment von der Eingangswelle zur Ausgangswelle übertragen, wobei die Drehzahl der Ausgangswelle durch Steuerung des Schlupfbetriebs stetig verändert werden kann. Das im Schlupfbetrieb betriebene Schaltelement ist dabei als kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet.

Soll aus dem elektrischen Fahrbetrieb in den verbrennungsmotorischen oder hybridischen Betrieb gewechselt werden, so muss die Verbrennungskraftmaschine gestartet werden. Dies wird bevorzugt durch einen Schleppstart realisiert, bei dem die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine durch die Eingangswelle angetrieben wird. Dazu wird in einem ersten Verfahrensschritt bei eingelegtem Gang und geöffnetem drittem Schaltelement eines der ersten, zweiten, vierten oder fünften Schaltelemente, welches zu diesem Zeitpunkt geschlossen ist, in einen Schlupfbetrieb überführt. Das in den Schlupf betrieb überführte Schaltelement ist dazu als ein kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet, welches mit einer variablen Drehmomentübertragungsfähigkeit ausgestattet ist. In einem zweiten Verfahrensschritt wird die Drehmomentübe rtragungsfäh ig keit des dritten Schaltelements erhöht. Das dritte Schaltelement ist dazu ebenfalls als kraftschlüssiges Schaltelement mit einer variablen Drehmomentübe rtragungsfäh ig keit ausgebildet. Das vom geschlossenen Zustand in den

Schlupf betrieb überführte Schaltelement dient dazu, die notwendige Startdrehzahl der Kurbelwelle im Falle einer geringer Fahrzeuggeschwindigkeit zu erreichen und etwaige aus dem Startvorgang resultierende Drehmomentstörungen von der Ausgangswelle weitgehend zu entkoppeln. Vorzugsweise wird beim oben beschriebenen Schleppstart das erste Schaltelement in den Schlupf betrieb überführt. Da das erste Schaltelement im ersten, zweiten und dritten Vorwärtsgang geschlossen ist, kann der Schleppstart in all diesen Gängen durchgeführt werden. Zudem überträgt das erste Schaltelement im zweiten und dritten Vorwärtsgang den gesamten Kraftfluss von Zwischenwelle zur Ausgangswelle. In anderen Worten besteht im ersten und zweiten Gang kein Leistungspfad zwischen der Zwischenwelle und der Ausgangswelle, welcher nicht über das erste Schaltelement führt. Dadurch wird die Entkopplung der Drehmomentstörungen, die durch den Start der Verbrennungskraftmaschine hervorgerufen werden, zur Ausgangswelle verbessert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 2 zeigt ein Schaltschema des Getriebes.

Fig. 3 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 4 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 5 zeigt einen Hybridantriebstrang eines Kraftfahrzeugs.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Das Getriebe G weist einen ersten Planetenradsatz P1 , einen zweiten Planetenradsatz P2 und eine elektrische Maschine EM auf, welche einen Stator S und einen Rotor R umfasst. Erster und zweiter Planetenradsatz P1 , P2 sind als Minus-Radsätze ausgebildet, und weisen je ein erstes Element E1 1 , E12, ein zweites Element E21 , E22 und ein drittes Element E31 , E32 auf. Das erste Element E1 1 , E12 ist einem Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1 , P2 zugeordnet. Das zweite Element E21 , E22 ist einem Steg des jeweiligen Planetenradsatzes P1 , P2 zugeordnet. Das dritte Element E31 , E32 ist einem Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1 , P2 zugeordnet.

Das Getriebe G weist insgesamt fünf Schaltelemente K2, B2, K0, K1 , B1 auf. Durch Schließen des ersten Schaltelements K2 wird eine drehfeste Verbindung zwischen dem dritten Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 und dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 hergestellt. Durch Schließen des zweiten Schaltelements B2 wird eine drehfeste Verbindung zwischen dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 und einem Gehäuse GG oder einem anderen drehfesten Element des Getriebes G hergestellt. Das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 kann somit bei geschlossenem zweitem Schaltelement B2 keine Drehzahl annehmen. Durch Schließen des dritten Schaltelements K0 wird eine drehfeste Verbindung zwischen einer Eingangswelle GW1 des Getriebes G und einer Zwischenwelle WZ hergestellt. Der Rotor R der elektrischen Maschine EM und das erste Element E1 1 des ersten Planetenradsatzes P1 sind ständig mit der Zwischenwelle WZ verbunden. Durch Schließen des vierten Schaltelements K1 wird eine drehfeste Verbindung zwischen der Zwischenwelle WZ und dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 hergestellt. Durch Schließen des fünften Schaltelements B1 ist das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest festsetzbar. Die gewählte Darstellung der Schaltelemente K2, B2, K0, K1 , B1 ist lediglich schematisch anzusehen, und soll keinen Rückschluss auf die Bauart des Schaltelements geben. Beispielsweise können sämtliche Schaltelemente K2, B2, K0, K1 B1 als kraftschlüssige Schaltelemente ausgebildet sein. Insbesondere das erste Schaltelement K2, und/oder das fünfte Schaltelement B1 , und/oder das dritte Schaltelement K0 können als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet sein.

Eine Getriebe-Ausgangswelle GW2 ist mit dem zweiten Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 und mit dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 ständig drehfest verbunden. Fig. 2 zeigt ein Schaltschema des Getriebes G. Das Getriebe G weist vier Vorwärtsgänge 1 bis 4 auf, welche in den Zeilen des Schaltschemas angeführt sind. In den Spalten des Schaltschemas ist durch ein X dargestellt, welche der Schaltelemente B1 , B2, K1 , K2 in welchem Gang geschlossen sind. In einem ersten Vorwärtsgang 1 sind das fünfte Schaltelement B1 und das erste Schaltelement K2 geschlossen. In einem zweiten Vorwärtsgang 2 sind das zweite Schaltelement B2 und das erste Schaltelement K2 geschlossen. In einem dritten Vorwärtsgang 3 sind das vierte Schaltelement K1 und das erste Schaltelement K2 geschlossen. In einem vierten Vorwärtsgang 4 sind das zweite Schaltelement B2 und das vierte Schaltelement K1 geschlossen.

Fig. 3 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Das in Fig. 2 dargestellte Schaltschema gilt auch für das zweite Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel wird durch Schließen des fünften Schaltelements B1 das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 anstatt dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes drehfest festgesetzt. Diese Veränderung ist ohne Beeinträchtigung der Funktionalität des Getriebes möglich, da das fünfte Schaltelement B1 nur zusammen mit dem ersten Schaltelement K2 geschlossen ist. Dies ist im ersten Vorwärtsgang 1 der Fall. Daher kann das erste Schaltelement B1 auf beiden Seiten des ersten Schaltelements K2 angeordnet sein.

Fig. 4 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Das in Fig. 2 dargestellte Schaltschema gilt auch für das dritte Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel wird durch Schließen des zweiten Schaltelements B2 eine drehfeste Verbindung zwischen dem zweiten Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 und dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 hergestellt. Das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist ständig drehfest festgesetzt.

Fig. 5 zeigt einen Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Der Hybridantriebsstrang weist eine Verbrennungskraftmaschine VKM auf, die über einen Torsions- schwingungsdämpfer TS mit der Eingangswelle GW1 des Getriebes G verbunden ist. Die Ausgangswelle GW2 ist mit einem Achsgetriebe AG verbunden. Vom Achsgetriebe AG ausgehend wird das Drehmoment, das an der Ausgangswelle GW2 anliegt, auf Räder DW des Kraftfahrzeugs verteilt. Im motorischen Betrieb der elektrischen Maschine EM wird dem Stator S über einen nicht dargestellten Wechselrichter elektrische Leistung zugeführt. Im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine EM führt der Stator S dem Wechselrichter elektrische Leistung zu. Der Wechselrichter wandelt dabei die Gleichspannung einer nicht dargestellten Batterie in eine für die elektrische Maschine EM geeignete Wechselspannung, und umgekehrt.

Bezuqszeichen

G Getriebe

GW1 Eingangswelle

GW2 Ausgangswelle

GG Gehäuse

WZ Zwischenwelle

P1 Erster Planetenradsatz

P2 Zweiter Planetenradsatz

EM Elektrische Maschine

R Rotor

S Stator

E1 1 Erstes Element des ersten Planetenradsatzes

E21 Zweites Element des ersten Planetenradsatzes

E31 Drittes Element des ersten Planetenradsatzes

E12 Erstes Element des zweiten Planetenradsatzes

E22 Zweites Element des zweiten Planetenradsatzes

E32 Drittes Element des zweiten Planetenradsatzes

K2 Erstes Schaltelement

B2 Zweites Schaltelement

KO Drittes Schaltelement

K1 Viertes Schaltelement

B1 Fünftes Schaltelement

1 Erster Vorwärtsgang

2 Zweiter Vorwärtsgang

3 Dritter Vorwärtsgang

4 Vierter Vorwärtsgang

VKM Verbrennungskraftmaschine

DW Räder

AG Achsgetriebe

TS Torsionsschwingungsdämpfer