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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe, einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einem solchen Getriebe sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang.
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Lastschaltbare Getriebe sind zumeist als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet. Die im Stand der Technik bekannten Doppelkupplungsgetriebe weisen zwei Getriebeeingangswellen und zwei Triebwellen bzw. Vorgelegewellen auf, wobei zwischen den Getriebeeingangswellen und den Vorgelegewellen mehrere Zahnräder kämmend angeordnet sind. Insbesondere sind hier einige der Zahnräder als Losräder und andere Zahnräder als Festräder ausgebildet, wobei durch zwei kämmende Zahnräder eine jeweilige Zahnradstufe, bspw. die erste, zweite, dritte Gangstufe usw., gebildet ist. Durch diesen Aufbau können ein erstes und zweites Teilgetriebe gebildet werden, wobei ein Teilgetriebe mittels einer dem Teilgetriebe zugeordneten Kupplung Antriebsleistung übertragen kann, während das andere Teilgetriebe vorzugsweise lastfrei ist. Hierdurch kann in dem anderen Teilgetriebe eine Gangstufe eingelegt werden. Durch entsprechendes Ein- und Ausrücken der zwei einzelnen Kupplungen bzw. der Doppelkupplung kann ein Teilgetriebe lastfrei geschaltet werden, während das andere Teilgetriebe mittels der eingelegten Gangstufe Antriebsleistung überträgt. Es kann dabei unter Last geschaltet werden. Ein Zugkraftverlust findet nicht statt. Nachteilig bei derartigen Doppelkupplungsgetrieben ist der hohe Bauraumbedarf.
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Es sind auch Doppelkupplungsgetriebe bekannt, bei denen die miteinander kämmenden Zahnräder derart angeordnet sind, dass zumindest zwei sogenannte „Doppelradebenen“ innerhalb des Doppelkupplungsgetriebes ausgebildet sind. Eine Doppelradebene ist insbesondere durch ein auf einer Getriebeeingangswelle angeordnetes Zahnrad gebildet, das insbesondere mit je einem Zahnrad jeder der beiden Vorgelegewellen, also zugleich mit zwei Zahnrädern, kämmt. Hierdurch kann zwar der Bauraumbedarf verringert werden, dennoch haben derartige Doppelkupplungsgetriebe insbesondere aufgrund der zwei Vorgelegewellen einen erhöhten Bauraumbedarf.
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Zudem werden Fahrzeuge mit Hybridantrieben, d. h. mit wenigstens zwei verschiedenen Antriebsquellen, ausgestattet. Hybridantriebe können zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen beitragen. Es haben sich weitgehend Antriebsstränge mit einem Verbrennungsmotor und einem oder mehreren Elektromotoren als Parallelhybrid oder als Mischhybrid durchgesetzt. Derartige Hybridantriebe weisen im Kraftfluss eine im Wesentlichen parallele Anordnung des Verbrennungsmotors und des Elektroantriebs auf. Hierbei werden sowohl eine Überlagerung der Antriebsmomente als auch eine Ansteuerung mit rein verbrennungsmotorischem Antrieb oder rein elektromotorischem Antrieb ermöglicht. Da sich die Antriebsmomente des Elektroantriebs und des Verbrennungsmotors je nach Ansteuerung addieren können, ist eine vergleichsweise kleinere Auslegung des Verbrennungsmotors und/oder dessen zeitweise Abschaltung möglich. Hierdurch kann eine signifikante Reduzierung der CO2-Emissionen ohne nennenswerte Leistungs- bzw. Komforteinbußen erreicht werden. Die Möglichkeiten und Vorteile eines Elektroantriebs können somit mit den Reichweiten-, Leistungs- und Kostenvorteilen von Brennkraftmaschinen verbunden werden.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2016 210 713 A1 ist ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug bekannt, mit einer Getriebewelle, einer ersten Welle, einem der ersten Welle zugeordneten ersten Losrad, einem der ersten Welle zugeordneten ersten anderen Losrad, einer zweiten Welle, einem der zweiten Welle zugeordneten zweiten Losrad und einem der zweiten Welle zugeordneten zweiten anderen Losrad. Die Getriebewelle ist mit der ersten Welle und/oder der zweiten Welle wirkverbindbar. Das Getriebe umfasst eine Getriebeausgangswelle, die mit der ersten und zweiten Welle wirkverbunden ist, und ein erstes Schaltelement, mittels dem das erste Losrad mit dem ersten anderen Losrad drehfest verbindbar ist. Bei einem geschlossenen Zustand des ersten Schaltelements ist wahlweise ein erster Vorwärtsgang für einen Vorwärts-Fahrbetrieb oder ein sechster Vorwärtsgang für einen Vorwärts-Fahrbetrieb realisierbar.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2015 205 307 A1 ist ein Doppelkupplungsgetriebe mit zwei Kupplungen bekannt, deren Eingangsseiten mit einer Antriebswelle und deren Ausgangsseiten mit jeweils einer von zwei koaxial zueinander angeordneten Getriebeeingangswellen verbunden sind. Ferner sind zumindest zwei Vorgelegewellen vorgesehen, auf denen Losräder drehbar gelagert sind. Das Doppelkupplungsgetriebe umfasst auf den beiden Getriebeeingangswellen drehfest angeordnete Festräder, die mit den Losrädern in Eingriff stehen, und jeweils ein an den beiden Vorgelegewellen vorgesehenes Abtriebszahnrad, welches jeweils mit einer Verzahnung einer Abtriebswelle gekoppelt ist, wobei die Abtriebswelle nicht koaxial zur Antriebswelle angeordnet ist. Zudem sind mehrere Schaltelemente vorgesehen, sodass zumindest sechs lastschaltbare Vorwärtsgänge und zumindest ein Rückwärtsgang schaltbar sind. Dabei sind nur drei doppelt wirkende Schaltelemente vorgesehen, wobei jedem doppelt wirkenden Schaltelement zwei Losräder der Vorgelegewellen zugeordnet sind, wobei eines der Schaltelemente in eine erste Wirkrichtung ein Losrad mit der zugeordneten Vorgelegewelle verbindet und in eine zweite Wirkrichtung die beiden zuordneten Losräder miteinander verbindet, und wobei zwei Schaltelemente jeweils die zugeordneten Losräder mit den zugeordneten Vorgelegewellen drehfest verbinden.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2019 202 962 A1 betrifft eine Getriebeanordnung für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einer ersten Eingangswelle und einer zweiten Eingangswelle, einer Vorgelegewelle und einem ersten Teilgetriebe, das eine erste Mehrzahl von schaltbaren Radsätzen zur Einrichtung einer Anzahl von Gangstufen aufweist. Ferner umfasst die Getriebeanordnung ein zweites Teilgetriebe, das eine Mehrzahl von schaltbaren Radsätzen zur Einrichtung einer Anzahl von Gangstufen aufweist. Eine Brückenkupplung der Getriebeanordnung ist dazu ausgebildet, das erste und das zweite Teilgetriebe zu koppeln, um wenigstens eine Windungsgangstufe einzurichten.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2016 007 408 A1 betrifft ein Doppelkupplungsgetriebe, umfassend eine erste Eingangswelle und eine erste Reibkupplung, die jeweils einem ersten Teilgetriebe zugeordnet sind. Das Doppelkupplungsgetriebe umfasst ferner eine zweite Eingangswelle und eine zweite Reibkupplung, die jeweils einem zweiten Teilgetriebe zugeordnet sind. Ferner umfasst das Doppelkupplungsgetriebe eine Mehrzahl von Radpaarungen, wobei jeder Radpaarung ein Festrad und ein mit dem Festrad formschlüssig in Eingriff stehendes Losrad zugeordnet ist. Die Festräder, die den Radpaarungen zugordnet sind, sind wahlweise mit der ersten Eingangswelle oder der zweiten Eingangswelle drehfest verbunden. Das Doppelkupplungsgetriebe weist ferner eine erste Abtriebswelle auf, wobei ein Ritzel der ersten Abtriebswelle mit einem Zahnkranz eines Differentials formschlüssig in Eingriff steht. Zudem umfasst das Doppelkupplungsgetriebe eine zweite Abtriebswelle, wobei ein Ritzel der zweiten Abtriebswelle mit dem Zahnkranz des Differentials formschlüssig in Eingriff steht. Alle den Radpaaren zugeordneten Losräder sind auf der ersten Abtriebswelle axial verteilt angeordnet.
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Vor diesem Hintergrund stellt sich einem Fachmann die Aufgabe, ein lastschaltfähiges kompaktes Getriebe zu schaffen, das insbesondere axial kurz baut und technisch einfach mit einer elektrischen Antriebsmaschine kombinierbar ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Getriebe für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit:
- einer Getriebeantriebswelle, die dazu ausgebildet ist, antriebswirksam mit einer Verbrennungsmaschine des Kraftfahrzeugs verbunden zu werden;
- einer ersten Getriebeeingangswelle für ein erstes Teilgetriebe;
- einer zweiten Getriebeeingangswelle für ein zweites Teilgetriebe;
- genau einer Vorgelegewelle;
- einem Abtrieb mit einem Abtriebsritzel, das der Vorgelegewelle zugeordnet ist;
- in mehreren Radsatzebenen angeordneten Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen;
- mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen zum Einlegen der Gangstufen; und
- einer Doppelkupplungsvorrichtung mit einer ersten Kupplung, um die Getriebeantriebswelle lösbar mit der ersten Getriebeeingangswelle antriebswirksam zu verbinden, und einer zweiten Kupplung, um die Getriebeantriebswelle lösbar mit der zweiten Getriebeeingangswelle antriebswirksam zu verbinden, wobei ein Verbindungsschaltelement der Schaltelemente zum Einlegen der Gangstufen dazu ausgebildet ist, das erste Teilgetriebe und das zweite Teilgetriebe antriebswirksam miteinander zu verbinden; und wobei
von einer Anbindungsseite der Doppelkupplungsvorrichtung ausgehend - die erste Radsatzebene zum Bilden der fünften Gangstufe ausgebildet ist;
- die zweite Radsatzebene zum Bilden der dritten Gangstufe und der ersten Gangstufe ausgebildet ist;
- die dritte Radsatzebene zum Bilden der vierten Gangstufe ausgebildet ist; und
- die vierte Radsatzebene zum Bilden der ersten Gangstufe und der zweiten Gangstufe ausgebildet ist.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit:
- einem Getriebe wie zuvor definiert; und
- einer Verbrennungsmaschine, die mit der Getriebeantriebswelle verbindbar ist.
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Die obige Aufgabe wird schließlich gelöst von einem Kraftfahrzeug mit:
- einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang wie zuvor definiert; und
- einem Energiespeicher zum Speichern von Energie zum Versorgen der elektrischen Antriebsmaschine.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang und das Kraftfahrzeug entsprechend den für das Getriebe in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.
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Durch eine erste und zweite Getriebeeingangswelle für ein erstes und zweites Teilgetriebe kann ein kompaktes und variables Getriebe geschaffen werden. Eine radiale Kompaktheit des Getriebes kann durch genau eine Vorgelegewelle erreicht werden. Insbesondere können mit dem Getriebe eine Vielzahl von Vorwärtsgangstufen eingerichtet werden, die vorzugsweise unter Last schaltbar sind. Durch eine Doppelkupplungsvorrichtung mit einer ersten Kupplung und einer zweiten Kupplung kann technisch einfach ein lastschaltfähiges Getriebe geschaffen werden. Mittels einer Verbindungskupplung sind technisch einfach sogenannte Windungsgangstufen einrichtbar.
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Hierdurch kann bei einer hohen Kompaktheit des Getriebes ein hoher Funktionsumfang mit dem Getriebe erreicht werden. Vorzugsweise ist das Getriebe für einen Frontquer- oder Heckquereinbau mit einem seitlichen Abtrieb vorgesehen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Getriebe eine Verbrennungsmaschinenkupplung, vorzugsweise in Form einer Reibkupplung, zum lösbaren Verbinden der Getriebeantriebswelle mit der Doppelkupplungsvorrichtung auf. Hierdurch kann technisch einfach ein Entkoppeln der Getriebeantriebswelle und damit der Verbrennungsmaschine vom Getriebe erfolgen. Es kann technisch einfach ein Leerlauf im Getriebe eingerichtet werden. Ferner ist ein Zuschalten der Verbrennungsmaschine möglich, wenn die Verbrennungsmaschinenkupplung in Form einer Reibkupplung ausgebildet ist. Ferner kann ein Anfahrelement für die Verbrennungsmaschine geschaffen werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schaltelemente als Schaltelemente mit Sperrsynchronisierung ausgebildet. Ergänzend oder alternativ sind wenigstens zwei der Schaltelemente als Doppelschaltelement ausgebildet. Hierdurch kann insbesondere ein robustes Getriebe geschaffen werden. Ein Doppelschaltelement ermöglicht es, das Getriebe mit weniger Bauteilen aufzubauen, da zur Betätigung eines Doppelschaltelements, also zum Einlegen von zwei Gangstufen, nur ein Aktor verwendet werden muss. Die Ansteuerung des Getriebes ist vereinfacht. Zudem baut das Getriebe kompakt. Es versteht sich, dass vorzugsweise zwei nicht direkt benachbarte Gangstufen mittels eines Doppelschaltelements schaltbar sind.
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In einer weiteren voreilhaften Ausgestaltung ist die Doppelkupplungsvorrichtung dazu ausgebildet, antriebswirksam mit einer elektrischen Antriebsmaschine verbunden zu werden. Hierdurch kann technisch einfach ein Hybridgetriebe geschaffen werden. Ferner kann technisch einfach eine antriebswirksame Verbindung zwischen der elektrischen Antriebsmaschine und der Verbrennungsmaschine eingerichtet werden, sodass die elektrische Antriebsmaschine generatorisch von der Verbrennungsmaschine betrieben werden kann und/oder die Verbrennungsmaschine von der elektrischen Antriebsmaschine gestartet werden kann. Insbesondere ist durch diese vorteilhafte Anordnung ein Schalten unter Last für alle Gangstufen des Getriebes für die elektrische Antriebsmaschine möglich.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Rückwärtsgangstufe durch Rückwärtsdrehen der elektrischen Antriebsmaschine einrichtbar. Hierdurch kann eine Kompaktheit des Getriebes weiter verbessert werden, da keine mechanische Drehrichtungsumkehr zum Rückwärtsfahren erfolgen muss. Vorzugsweise kann eine Vorwärtsgangstufe des Getriebes durch Rückwärtsdrehen der elektrischen Antriebsmaschine in eine zusätzliche Rückwärtsgangstufe gewandelt werden. Es versteht sich, dass beim Rückwärtsdrehen der elektrischen Antriebsmaschine alle Gangstufen des Getriebes rückwärts betrieben werden können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Getriebeeingangswelle als Vollwelle und vorzugsweise schaltelementfrei ausgebildet. Ergänzend ist die zweite Getriebeeingangswelle als Hohlwelle ausgebildet und umgibt die erste Getriebeeingangswelle zumindest abschnittsweise. Hierdurch kann eine Kompaktheit des Getriebes weiter verbessert werden. Insbesondere kann eine vorteilhafte Ansteuerung des Getriebes erfolgen. Ferner kann die erste Getriebeeingangswelle kosteneffizient gefertigt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die dritte Gangstufe und die fünfte Gangstufe dem ersten Teilgetriebe zugeordnet. Die zweite Gangstufe und die vierte Gangstufe sind dem zweiten Teilgetriebe zugeordnet. Ergänzend ist die erste Gangstufe als Windungsgangstufe ausgebildet. Es versteht sich, dass die erste Gangstufe folglich beiden Teilgetrieben zugeordnet ist. Durch die oben genannte Verteilung der Gangstufen zu den Teilgetrieben kann technisch einfach ein lastschaltfähiges Getriebe geschaffen werden, das insbesondere durch die Windungsgangstufe einen hohen Funktionsumfang aufweist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kämmt das Abtriebsritzel mit einem gangbildenden Zahnrad. Hierdurch kann eine Kompaktheit des Getriebes weiter verbessert werden. Insbesondere kann auf wenigstens ein zusätzliches Zahnrad verzichtet werden, da das Abtriebsritzel einerseits als Abtrieb und andererseits als gangbildendes Zahnrad fungiert. Das Getriebe kann gewichtsoptimiert ausgeführt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Getriebe eine Zwischenwelle mit einer ersten Teilwelle und einer zweiten Teilwelle sowie ein Rückwärtsgangschaltelement zum lösbaren antriebswirksamen Verbinden der ersten Teilwelle und der zweiten Teilwelle. Der ersten Teilwelle ist ein Festrad zugeordnet, das mit einem gangbildenden Zahnrad der zweiten Radsatzebene kämmt. Der zweiten Teilwelle ist ein Festrad zugeordnet, das mit einem gangbildenden Zahnrad der dritten Radsatzebene kämmt. Hierdurch kann eine mechanische Rückwärtsgangstufe eingerichtet werden. Durch eine mechanische Rückwärtsgangstufe kann ein Rückwärtsfahren auch mit einer als Verbrennungsmaschine ausgebildeten Antriebsmaschine erreicht werden. Durch das Einrichten einer Rückwärtsgangstufe mittels einer Zwischenwelle kann ein Getriebe geschaffen werden, das modular aufbaubar ist. Beispielsweise kann, wenn das Getriebe als Hybridgetriebe, also mit einer elektrischen Antriebsmaschine, ausgebildet ist, auf die Zwischenwelle verzichtet werden. Soll das Getriebe als reines Verbrennungsmaschinengetriebe verwendet werden, kann technisch einfach durch Hinzufügen der Zwischenwelle eine mechanische Rückwärtsgangstufe eingerichtet werden. Das Basisgetriebe kann in beiden oben genannten Fällen das gleiche sein. Folglich kann ein variables und in Großserie, also kostengünstig herstellbares Basisgetriebe geschaffen werden.
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Von einer Anbindungsseite der Doppelkupplungsvorrichtung ausgehend ist die erste Radsatzebene zum Bilden der fünften Gangstufe ausgebildet. Ergänzend ist die zweite Radsatzebene zum Bilden der dritten Gangstufe und der ersten Gangstufe ausgebildet. Weiterhin ergänzend ist die dritte Radsatzebene zum Bilden der vierten Gangstufe ausgebildet. Weiterhin ergänzend ist die vierte Radsatzebene zum Bilden der ersten Gangstufe und der zweiten Gangstufe ausgebildet. Hierdurch kann technisch einfach erreicht werden, dass wenigstens sechs der Schaltelemente zu drei Doppelschaltelementen kombinierbar sind. Ferner führt eine derartige Anordnung zu verbesserten Lagerungseigenschaften der Getriebewellen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang ein Getriebe auf, bei dem die Doppelkupplungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, antriebswirksam mit einer elektrischen Antriebsmaschine verbunden zu werden, sowie eine elektrische Antriebsmaschine, die mit der Doppelkupplungsvorrichtung verbindbar ist. Hierdurch kann erreicht werden, dass alle Gangstufen des Getriebes auch für die elektrische Antriebsmaschine schaltbar sind. Ferner kann technisch einfach eine Verbindung zwischen Verbrennungsmaschine und elektrischer Antriebsmaschine eingerichtet werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die elektrische Antriebsmaschine als Startergenerator zum Starten der Verbrennungsmaschine ansteuerbar. Ergänzend oder alternativ ist die elektrische Antriebsmaschine als Ladegenerator zum Laden eines Energiespeichers ansteuerbar. Hierdurch kann der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang hocheffizient betrieben werden. Der Kraftstoffverbrauch kann reduziert werden. Insbesondere kann auf einen zusätzlichen Anlasser der Verbrennungsmaschine verzichtet werden. Es kann ein hocheffizienter Hybridantriebsstrang mit einem hohen Funktionsumfang geschaffen werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die elektrische Maschine als achsparallele Antriebsmaschine ausgebildet und erstreckt sich vorzugsweise von einem Anbindungspunkt der elektrischen Antriebsmaschine achsparallel zur ersten Getriebeeingangswelle und zweiten Getriebeeingangswelle axial in Richtung der Radsatzebenen. Hierdurch kann technisch einfach ein variabler Hybridantriebsstrang geschaffen werden, da je nach Anforderungsprofil verschieden große und damit verschieden leistungsstarke elektrische Antriebsmaschinen technisch einfach an das Getriebe angebunden werden können. Insbesondere kann durch die vorteilhafte Anordnung der elektrischen Antriebsmaschine eine axiale Länge des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs kompakt gehalten werden.
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Ein Aktor ist vorliegend insbesondere ein Bauteil, das ein elektrisches Signal in eine mechanische Bewegung umsetzt. Vorzugsweise führen Aktoren, die mit Doppelschaltelementen verwendet werden, Bewegungen in zwei entgegengesetzte Richtungen aus, um in der ersten Richtung ein Schaltelement des Doppelschaltelements zu schalten und in der zweiten Richtung das andere Schaltelement zu schalten.
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Ein Gangstufenwechsel erfolgt insbesondere durch Abschalten eines Schaltelementes und/oder einer Kupplung und gleichzeitiges Aufschalten des Schaltelementes und/oder der Kupplung für die nächsthöhere oder -niedrigere Gangstufe. Das zweite Schaltelement und/oder die zweite Kupplung übernimmt also Stück für Stück das Drehmoment vom ersten Schaltelement und/oder der ersten Kupplung, bis am Ende des Gangstufenwechsels das gesamte Drehmoment vom zweiten Schaltelement und/oder der zweiten Kupplung übernommen wird. Bei vorheriger Synchronisation kann ein Gangwechsel schneller erfolgen, vorzugsweise können dabei formschlüssige Schaltelemente Anwendung finden.
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Eine Verbrennungsmaschine kann insbesondere jede Maschine sein, die durch Verbrennen eines Antriebsmittels wie Benzin, Diesel, Kerosin, Ethanol, Flüssiggas, Autogas, etc. eine Drehbewegung erzeugen kann. Eine Verbrennungsmaschine kann beispielsweise ein Ottomotor, ein Dieselmotor, ein Wankelmotor oder ein Zweitaktmotor sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang;
- 2 eine Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes;
- 3 eine Schaltmatrix des Getriebes gemäß der 2;
- 4 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes;
- 5 eine Schaltmatrix des Getriebes gemäß der 4;
- 6 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes;
- 7 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes; und
- 8 eine Schaltmatrix des Getriebes gemäß der 7.
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In 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 gezeigt. Der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 weist eine optionale elektrische Antriebsmaschine 14 und eine Verbrennungsmaschine 16 auf, die mittels eines Getriebes 18 mit einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs 10 verbunden sind. Es versteht sich, dass auch eine Verbindung mit einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs 10 möglich ist. Mittels des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 wird Antriebsleistung der Verbrennungsmaschine 16 und/oder der optionalen elektrischen Antriebsmaschine 14 den Rädern des Kraftfahrzeugs 10 zugeführt.
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Das Kraftfahrzeug 10 weist ferner einen Energiespeicher 20 auf, um Energie zu speichern, die zum Versorgen der optionalen elektrischen Antriebsmaschine 14 dient. Es versteht sich, dass vorliegend auch ein Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 ohne elektrische Antriebsmaschine 14 geschaffen werden kann. Bei einem rein verbrennungsmotorischen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 ist der Energiespeicher 20 vorzugsweise ein Kraftstofftank und/oder eine Kraftfahrzeugbatterie, insbesondere eine Anlasserbatterie, um die Verbrennungsmaschine 16 zu starten.
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In 2 ist schematisch eine Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes 18 gezeigt. Das Getriebe 18 weist eine Getriebeantriebswelle 21 auf, die antriebswirksam mit der Verbrennungsmaschine 16 verbunden ist. Das Getriebe 18 weist ferner eine erste Getriebeeingangswelle 22 und eine zweite Getriebeeingangswelle 24 auf. Die erste Getriebeeingangswelle 22 ist als Vollwelle ausgebildet. Die zweite Getriebeeingangswelle 24 ist als Hohlwelle ausgebildet und umgibt die erste Getriebeeingangswelle 22 zumindest abschnittsweise.
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Das Getriebe 18 weist ferner eine Doppelkupplungsvorrichtung 25 umfassend eine erste Kupplung K1 und eine zweite Kupplung K2 auf. Durch Schließen der zweiten Kupplung K2 kann die Doppelkupplungsvorrichtung 25 antriebswirksam mit der ersten Getriebeeingangswelle 22 verbunden werden. Ein Schließen der ersten Kupplung K1 verbindet die Doppelkupplungsvorrichtung 25 antriebswirksam mit der zweiten Getriebeeingangswelle 24.
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Das Getriebe 18 weist ferner eine Verbrennungsmaschinenkupplung K0 auf, um die Getriebeantriebswelle 21 und damit die Verbrennungsmaschine 16 antriebswirksam mit der Doppelkupplungsvorrichtung 25 zu verbinden.
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Ferner ist die elektrische Antriebsmaschine 14 antriebswirksam mit der Doppelkupplungsvorrichtung 25 verbunden. In dem gezeigten Beispiel erfolgt die Anbindung mittels kämmender Zahnradpaare. Es versteht sich, dass auch eine Zahnradkette oder Zugmittelgetriebe oder eine andere prinzipiell im Stand der Technik bekannte Anbindungsweise Anwendung finden kann.
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Das Getriebe 18 weist ferner eine einzige Vorgelegewelle 26 auf, die achsparallel zur ersten Getriebeeingangswelle 22 und zur zweiten Getriebeeingangswelle 24 angeordnet ist.
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An der zweiten Getriebeeingangswelle 24 ist ein Doppelschaltelement angeordnet, das ein erstes Schaltelement S1 und ein zweites Schaltelement S2 umfasst. An der Vorgelegewelle 26 ist ein Doppelschaltelement angeordnet, das ein drittes Schaltelement S3 und ein Verbindungsschaltelement Sk umfasst. An der Vorgelegewelle 26 ist ein weiteres Doppelschaltelement angeordnet, das ein viertes Schaltelement S4 und ein fünftes Schaltelement S5 umfasst. Die an der ersten Getriebeeingangswelle 22 angeordneten Zahnräder sind als Festräder ausgebildet.
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Zum besseren Verständnis sind die Gangstufen des Getriebes 18 an den zur Einrichtung der Gangstufen ausgebildeten Radsatzebenen bezeichnet. Von der Anbindungsstelle der Doppelkupplungsvorrichtung 25 aus gesehen ist die erste Radsatzebene zum Einrichten der fünften Gangstufe ausgebildet. Die zweite Radsatzebene ist zum Bilden der dritten Gangstufe ausgebildet. Diese beiden Radsatzebenen werden mittels der zweiten Getriebeeingangswelle 24 angetrieben.
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Die dritte Radsatzebene ist zum Bilden der vierten Gangstufe ausgebildet. Die fünfte Radsatzebene ist zum Bilden der zweiten Gangstufe ausgebildet. Die Radsatzebenen zum Bilden der vierten und zweiten Gangstufe werden mittels der ersten Getriebeeingangswelle 22 angetrieben.
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Die erste Gangstufe ist als Windungsgangstufe ausgebildet und kann daher nicht mit einer einzigen Radsatzebene eingerichtet werden. Insofern ist an keiner der Radsatzebenen die erste Gangstufe bezeichnet.
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An der Vorgelegewelle 26 ist zudem ein Abtriebsritzel 27 des Abtriebs 28 angeordnet. Im gezeigten Beispiel kämmt das Abtriebsritzel 27 mit dem Losrad der Radsatzebene zum Bilden der fünften Gangstufe.
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Das Verbindungsschaltelement Sk ist dazu ausgebildet, das Losrad der Radsatzebene zum Bilden der dritten Gangstufe antriebswirksam mit dem Losrad der Radsatzebene zum Bilden der vierten Gangstufe zu verbinden, ohne dabei eine antriebswirksame Verbindung zur Vorgelegewelle 26 einzurichten.
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In der gezeigten Ausführungsform eines Getriebes 18 sind die ungeraden Gangstufen 3 und 5 dem ersten Teilgetriebe zugeordnet, wobei das erste Teilgetriebe der ersten Kupplung K1 und somit der als Hohlwelle ausgebildeten zweiten Getriebeeingangswelle 24 zugeordnet ist.
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Die geraden Gangstufen 2 und 4 sind dem zweiten Teilgetriebe zugeordnet, wobei das zweite Teilgetriebe der zweiten Kupplung K2 und der ersten Getriebeeingangswelle 22, die als Vollwelle ausgebildet ist, zugeordnet ist.
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Die Gangstufen 2, 3 und 4 nutzen jeweils ein eigenes Festrad, wohingegen die fünfte Gangstufe das Abtriebsritzel nutzt und folglich in einer sogenannten Differentialebene des Getriebes 18 angeordnet ist.
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Die Gangräder der zweiten, dritten, vierten und fünften Gangstufe sind jeweils über ein Schaltelement mit der Vorgelegewelle 26 verbindbar. Die Vorgelegewelle 26 ist über das Abtriebsritzel 27 mit einem Differentialrad eines Differentials des Abtriebs 28 in Eingriff. Das Differential des Getriebes 18 wird demnach über ein Differentialrad angetrieben.
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Mittels des Verbindungsschaltelements Sk können die beiden Teilgetriebe miteinander verbunden werden, um sogenannte Windungsgänge einzurichten.
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In dem gezeigten Beispiel ist kein mechanischer Rückwärtsgang gezeigt. Ein Rückwärtsfahren kann durch die elektrische Antriebsmaschine 14 mittels einer Drehrichtungsumkehr eingerichtet werden. Es versteht sich, dass hierfür der Energiespeicher 20 die benötigte Energie bereitstellt.
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In 3 ist eine Schaltmatrix 30 gezeigt. In der Schaltmatrix 30 können die Schaltzustände des Getriebes 18 gemäß der 2 beschrieben werden. Hierzu sind in der ersten Spalte die Gangstufen 1 bis 5 benannt. In der zweiten bis elften Spalte sind die Zustände der einzelnen Schaltelemente S1, S2, S3, S4, S5, Sk bzw. der Kupplungen K0, K1, K2 gezeigt, wobei ein „X“ bedeutet, dass das jeweilige Schaltelement bzw. die jeweilige Kupplung geschlossen ist, also die dem Schaltelement bzw. der Kupplung zugeordneten Getriebebauteile antriebswirksam miteinander verbindet. Es versteht sich, dass, sofern kein „X“ in der Schaltmatrix 30 vorhanden ist, die entsprechende Kupplung bzw. das entsprechende Schaltelement als offen anzusehen ist, also keine Antriebsleistung überträgt.
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Zum Einrichten der ersten Gangstufe sind die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 sowie die erste Kupplung K1 der Doppelkupplungsvorrichtung 25 zu schließen. Zudem ist das zweite Schaltelement S2, das fünfte Schaltelement S5 und das Verbindungsschaltelement Sk zu schließen.
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Zum Einrichten der zweiten Gangstufe sind die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 sowie die zweite Kupplung K2 der Doppelkupplungsvorrichtung 25 und das fünfte Schaltelement S5 zu schließen.
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Die dritte Gangstufe wird durch Schließen der Verbrennungsmaschinenkupplung K0, der ersten Kupplung K1 der Doppelkupplungsvorrichtung 25 des zweiten Schaltelements S2 und des dritten Schaltelements S3 eingerichtet.
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Die vierte Gangstufe wird durch Schließen der Verbrennungsmaschinenkupplung K0, der zweiten Kupplung K2 der Doppelkupplungsvorrichtung 25 und des vierten Schaltelements S4 eingerichtet.
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Ein Schließen der Verbrennungsmaschinenkupplung K0, der ersten Kupplung K1 der Doppelkupplungsvorrichtung 25 und des ersten Schaltelements S1 richtet die fünfte Gangstufe ein.
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Es versteht sich, dass die Gangstufen 1 bis 5 auch als reine Elektrogangstufen betrieben werden können. Hierzu ist die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 zu öffnen. Bei geschlossener Verbrennungsmaschinenkupplung K0 kann folglich jede der Gangstufen als reine Verbrennungsgangstufe oder in einem Hybridmodus als Hybridgangstufe betrieben werden.
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In 4 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes 18 gezeigt. Im Folgenden soll auf die Unterschiede eingegangen werden. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche Merkmale und werden nicht erneut erläutert.
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Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform eines Getriebes 18 weist das Getriebe 18 der 4 eine Zwischenwelle 31 auf. Die Zwischenwelle 31 umfasst eine erste Teilwelle und eine zweite Teilwelle sowie ein Rückwärtsgangschaltelement SR, das zum lösbaren antriebswirksamen Verbinden der ersten Teilwelle und der zweiten Teilwelle der Zwischenwelle 31 ausgebildet ist. Der ersten Teilwelle ist ein Festrad zugeordnet, das mit einem gangbildenden Zahnrad der zweiten Radsatzebene kämmt, also der Radsatzebene zum Einrichten der dritten Gangstufe. Der zweiten Teilwelle ist ein Festrad zugeordnet, das mit einem gangbildenden Zahnrad der dritten Radsatzebene kämmt, also der Radsatzebene zum Einrichten der vierten Gangstufe.
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Die Verbindung der zweiten Radsatzebene erfolgt über das der zweiten Getriebeeingangswelle 24 zugeordnete Losrad. Die Anbindung an die dritte Radsatzebene erfolgt ebenfalls über ein Losrad, wobei das Losrad an der Vorgelegewelle 26 angeordnet ist.
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In 5 ist eine Schaltmatrix 32 analog zur Schaltmatrix 30 der 3 dargestellt. Im Unterschied zur Schaltmatrix 30 sind die Schaltzustände des Rückwärtsschaltelements SR mit aufgenommen. Ferner ist die Rückwärtsgangstufe R mit aufgenommen. Die Schaltzustände der Gangstufen 1 bis 5 ergeben sich dabei analog zu der in 3 dargestellten Schaltmatrix 30. Zum Einlegen der Rückwärtsgangstufe R sind die Verbrennungsmaschinenkupplung K0, die erste Kupplung K1 der Doppelkupplungsvorrichtung 25, das zweite Schaltelement S2, das vierte Schaltelement S4 und das Rückwärtsgangschaltelement SR zu schließen.
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In 6 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 4 gezeigten Variante ist der Abtrieb 28 durch ein kämmendes Zahnradpaar gebildet, wobei das Abtriebsritzel 27 des Abtriebs nicht mehr mit einem gangbildenden Zahnrad in Eingriff ist. Hierdurch kann mittels des Abtriebs eine Übersetzung für alle Gangstufen des Getriebes 18 eingerichtet werden. Es versteht sich, dass die Schaltzustände des in 6 gezeigten Getriebes 18 durch die Schaltmatrix 32 der 5 beschrieben werden.
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In 7 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 4 gezeigten Variante ist das Getriebe 18 als reines Verbrennungsmaschinengetriebe ausgebildet. Insofern kann auf die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 verzichtet werden. Ferner ist auch keine Anbindung einer elektrischen Antriebsmaschine 14 an das Getriebe 18 vorhanden. Das Getriebe 18 ist insoweit ein klassisches Doppelkupplungsgetriebe für die Verbrennungsmaschine 16, wobei die erste Kupplung K1 und/oder die zweite Kupplung K2 der Doppelkupplungsvorrichtung 25 als Anfahrelement dienen. Es versteht sich, dass vorzugsweise wenigstens eine der beiden Kupplungen K1, K2 der Doppelkupplungsvorrichtung 25 als Reibkupplung ausgeführt ist, um ein Anfahrelement für die Verbrennungsmaschine 16 zu bilden.
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In 8 ist eine weitere Schaltmatrix 34 gezeigt. Die Schaltmatrix 34 beschreibt die Schaltzustände des Getriebes 18 gemäß der 7. Die Schaltmatrix 34 ist dabei analog zu der in 5 gezeigten Schaltmatrix 32, wobei die Schaltzustände der Verbrennungsmaschinenkupplung K0 entfallen, da das Getriebe 18 gemäß der 7 keine Verbrennungsmaschinenkupplung K0 aufweist. Die übrigen Schaltzustände sind analog zu der in 5 gezeigten Schaltmatrix 32.
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Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.
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In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 12
- Kraftfahrzeug-Antriebsstrang
- 14
- elektrische Antriebsmaschine
- 16
- Verbrennungsmaschine
- 18
- Getriebe
- 20
- Energiespeicher
- 21
- Getriebeantriebswelle
- 22
- erste Getriebeeingangswelle
- 24
- zweite Getriebeeingangswelle
- 25
- Doppelkupplungsvorrichtung
- 26
- Vorgelegewelle
- 27
- Abtriebsritzel
- 28
- Abtrieb
- 30
- Schaltmatrix
- 31
- Zwischenwelle
- 32
- Schaltmatrix
- 34
- Schaltmatrix
- K0
- Verbrennungsmaschinenkupplung
- K1
- erste Kupplung der Doppelkupplungsvorrichtung
- K2
- zweite Kupplung der Doppelkupplungsvorrichtung
- S1
- erstes Schaltelement
- S2
- zweites Schaltelement
- S3
- drittes Schaltelement
- S4
- viertes Schaltelement
- S5
- fünftes Schaltelement
- Sk
- Verbindungsschaltelement
- SR
- Rückwärtsgangschaltelement
- 1-5
- Gangstufen des Getriebes