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Die hier vorgestellte Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe und ein Verfahren zum Betreiben eines Schaltgetriebes gemäß den Hauptansprüchen.
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In modernen Fahrzeugen wird zur Übersetzung einer von einem Verbrennungsmotor als Antriebsmotor bereitgestellten Drehzahl einer Antriebswelle auf eine Drehzahl einer Abtriebswelle oftmals ein Schaltgetriebe oder ein Automatikgetriebe verwendet, um die vom Motor bereitgestellte meist sehr hohe Drehzahl der Antriebswelle auf eine meist niedrigere Drehzahl an den Achsen der Räder zu transformieren. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass bei Schaltgetrieben fast immer eine Unterbrechung des Kraftflusses beim Umschalten eines Ganges stattfindet, wobei meist immer Drehmomenttransienten bzw. Drehmomentensprünge bei einem solchen Wechsel von Gängen des (Schalt-) Getriebes vorhanden sind. Bei Automatikgetrieben wird fast immer die Drehzahl des Motors geändert. Durch eine solche Leistungstransformation zwischen Motor und Antriebsstrang kann dann oftmals der optimale Arbeitspunkt des Verbrennungsmotors nicht eingehalten werden, was zu einer ineffizienten Betriebsweise des Verbrennungsmotors oder zu einem verminderten Fahrkomfort für den Benutzer eines mit einem solchen Getriebe ausgestatteten Fahrzeugs führt. Als Alternativmöglichkeiten zur Vermeidung einige der vorstehenden Nachteile können andere Getriebetypen verwendet werden, Automatikgetriebe oder auch ein Diesel-elektrischer Antrieb. Allerdings weisen derartige Getriebetypen einige Nachteile auf; beispielsweise sind die Kupplungen des Doppelkupplungsgetriebe aufwendig zu konstruieren oder zu montieren und somit treuer herzustellen und zu warten. Ein Automatikgetriebe erfordert eine Drehzahländerung am Motor und hat einen schlechteren Wirkungsgrad, wogegen ein Diesel-elektrischer Antrieb einen nicht optimalen Wirkungsgrad aufweist, da immer die volle mechanische Leistung in elektrische und die elektrische Leistung in mechanische Energie transformiert wird und die Baugröße und das Gewicht größer sind.
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgeschlagenen Ansatz ein verbessertes Schaltgetriebe sowie ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Schaltgetriebes gemäß den Hauptansprüchen vorgeschlagen.
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Es wird ein Schaltgetriebe mit folgenden Merkmalen vorgestellt:
- - einer Antriebswelle zur Einleitung einer Kraft von einem Motor in das Schaltgetriebe;
- - eine Abtriebswelle zur Ausleitung von Kraft aus einem Hilfsgetriebe des Schaltgetriebes;
- - ein erstes Teilgetriebe, das der Antriebswelle und/oder zur Abtriebswelle zu und/oder entkoppelbar ausgelegt ist, wobei das erste Teilgetriebe ausgebildet ist, um eine Kraft von der Antriebswelle auf eine Welle zu übertragen und wobei das erste Teilgetriebe eine elektrische Maschine aufweist, um eine Drehzahl von zumindest einer Komponente des ersten Teilgetriebes zu steuern und/oder regeln;
- - ein zweites Teilgetriebe, das zur Antriebswelle und/oder zur Abtriebswelle zu- und/oder entkoppelbar ausgelegt ist, wobei das zweite Teilgetriebe ausgebildet ist, um eine Kraft von der Antriebswelle auf eine zweite Welle zu übertragen und wobei das zweite Teilgetriebe eine zweite elektrische Maschine aufweist, um eine Drehzahl von zumindest einer Komponente des zweiten Teilgetriebes zu steuern und/oder regeln; und
- - ein Umschaltelement zur Umschaltung einer Übersetzung des Hilfgetriebes von der Welle auf die Abtriebswelle oder/und von dem zweiten Teilgetriebe zur Umschaltung der Übersetzung des Hilfgetriebes von der zweiten Welle auf die Abtriebswelle.
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Unter einem Schaltgetriebe kann vorliegend ein Getriebe verstanden werden, welches durch eine Verstellung von Komponenten wie beispielsweise Zahnrädern eine Übersetzung der Drehzahl der Antriebswelle in eine Drehzahl der Abtriebswelle ermöglicht. Durch das Schaltgetriebe werden somit mehrere diskrete Stufen einer Übersetzung von Drehzahlen zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle realisiert. Unter einem Motor kann ein beliebiges Antriebselement verstanden werden, beispielsweise ein Verbrennungsmotor, wie er in einem herkömmlichen Kraftfahrzeug Verwendung findet. Unter einem Teilgetriebe kann ein separates Modul des Schaltgetriebes verstanden werden, in welchem die Komponenten wie beispielsweise Zahnrädern sich unabhängig von Komponenten eines anderen Teilgetriebes bewegen können. Hierbei sind die Teilgetriebe, d.h. das erste und das zweite Teilgetriebe, zur Antriebswelle koppelbar oder entkoppelbar, sodass das jeweils betreffenden Teilgetriebe durch das Umschaltelement derart bewegt werden kann, dass ein Kraftfluss von der Antriebswelle auf zumindest eine Komponente des betreffenden Teilgetriebes ermöglicht wird. Zusätzlich kann auch das Umschaltelement derart ausgestaltet sein, dass betreffende Teilgetriebe von der Antriebswelle abzukoppeln, sodass kein Kraftfluss mehr von der Antriebswelle auf die zumindest eine Komponente des betreffenden Teilgetriebes ermöglicht wird. Zusätzlich kann auch das jeweilige Teilgetriebe mit der Abtriebwelle gekoppelt und/oder entkoppelt werden. Dabei sollte jedoch günstigerweise beachtet werden, dass ein Kraftfluss zwischen der Antriebswelle und der Abtriebwelle lediglich durch ein einziges Teilgetriebe verläuft, wobei das andere Teilgetriebe jedoch in diesem Fall beispielsweise auch noch mit der Abtriebwelle oder der Antriebswelle gekoppelt sein kann, jedoch nicht mit sowohl der Antriebswelle und der Abtriebswelle. Die elektrische Maschine kann hierbei ausgelegt sein, um eine Komponente wie beispielsweise ein Zahnrad des ersten Teilgetriebes auf eine gewünschte Drehzahl zu beschleunigen oder abzubremsen. Unter einem Hilfsgetriebe kann ein Getriebe verstanden werden, das eine Kraftübertragung von zwei Teilgetrieben auf einen gemeinsamen Ausgangsstrang ermöglicht.
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Der vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass durch die Verwendung elektrischen Maschine im ersten Teilgetriebe eine sehr einfache Möglichkeit geschaffen wird, die Drehzahl von einer Komponente dieses ersten Teilgetriebes oder von dem mit dieser Komponente gekoppelten weiteren Komponenten des ersten Teilgetriebes aktiv beeinflussen zu können, sodass nunmehr eine aufwendige und Verschleiß-behaftete Kupplung zwischen dem ersten Teilgetriebe und der Antriebswelle entfallen kann. Durch das aktive Beeinflussen der Drehzahl von zumindest einer Komponente des ersten Teilgetriebes durch die elektrische Maschine lässt sich somit ein Koppeln zwischen dem ersten Teilgetriebe und der Antriebswelle erreichen, ohne dass hierbei starke Drehmomentsprünge oder Drehmomentunterbrechungen auftreten. Zusätzlich kann ein Verbrennungsmotor als Antriebselement der Antriebswelle beispielsweise in einem optimalen Arbeitspunkt betrieben oder auf eine optimale Drehzahl der jeweils benötigten Leistung geregelt werden, sodass auch eine effiziente Betriebsweise des Verbrennungsmotors ermöglicht wird.
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Günstig ist eine weitere Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der das Umschaltelement zumindest eine mit der Antriebwelle gekoppelte Welle aufweist, die ausgebildet ist, um Eingriff in ein Zahnrad des ersten oder zweiten Teilgetriebes zu nehmen. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, durch die mittels des Zahnrades ausgeführte Kopplung der Antriebswelle mit dem ersten oder zweiten Teilgetriebe eine sehr verschleißarme und einfach ausgestaltete Möglichkeit zur Übertragung von Kraft auf das erste oder zweite Teilgetriebe vornehmen zu können. Eine aufwändig herzustellende und zu wartende Kupplung des ersten oder zweiten Teilgetriebes mit der Antriebswelle kann auf diese Weise entfallen.
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Von Vorteil ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der eine Steuereinheit vorgesehen ist, die ausgebildet ist, um die Drehzahl der Komponente der Teilgetriebe unter Verwendung zumindest einer der Drehzahlen der Wellen und/oder unter Verwendung eines Drehmoments an einer der Wellen zu steuern und/oder zu regeln. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil einer besonders günstigen Möglichkeit zur Umschaltung des Kraftflusses von der Antriebswelle über das erste Teilgetriebe zu einem Kraftfluss von der Antriebswelle über das zweite Teilgetriebe, da durch die Berücksichtigung der Drehzahl einer Komponente des zweiten Teilgetriebes und/oder unter Verwendung eines Drehmoments an einer der Wellen zur Regelung der Drehzahl der Komponente des ersten Teilgetriebes durch die elektrische Maschine ein nahezu Drehmomentsprung-freies Verändern des Kraftflusses durch das Umschaltelement möglich wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes kann zumindest eine der elektrischen Maschinen einen Ausgangsanschluss zur externen Ausgabe von elektrischer Energie aus dem Schaltgetriebe aufweisen. Ein Ausgangsanschluss kann beispielsweise ein Anschluss sein, über welchen die elektrische Maschine elektrische Energie von einem Bordnetz eines Fahrzeugs aufnehmen oder elektrischer Energie in dieses Bordnetz abgeben kann. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil, einerseits eine sehr wartungsarme Möglichkeit zur Generierung und Einspeisung von elektrischer Energie in ein Fahrzeugbordnetz zu eröffnen, die beispielsweise ähnlichen einem Nabendynamo im Fahrrad wirkt. Zugleich kann auch von Bordnetz ausreichend elektrische Energie aufgenommen werden, um eine erforderliche Beschleunigung der Komponente des ersten Teilgetriebes zu erreichen.
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Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der das zweite Teilgetriebe eine zweite elektrische Maschine aufweist, um eine Drehzahl von zumindest einer Komponente des zweiten Teilgetriebes zu steuern und/oder regeln. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil, auch die Drehzahl der Komponente des zweiten Teilgetriebes, beispielsweise eines Zahnrades so zu beeinflussen, dass ein möglichst Drehmomentstrom-freier Übergang eines Kraftflusses von der Antriebswelle in das zweite Teilgetriebe ermöglicht wird. Auf diese Weise lassen sich die vorstehend genannten Vorteile nicht nur beim Zu- oder Abkoppeln der Antriebswelle vom ersten Teilgetriebe, sondern auch beim Zu- oder Abkoppeln der Antriebswelle vom zweiten Teilgetriebe realisieren, was einerseits den Komfort eines Nutzers dieses Schaltgetriebes erhöht und zugleich eine weitere Erhöhung der effizienten Betriebsweise des Antriebsmotors der Antriebswelle zulässt.
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Um eine möglichst minimale elektrischer Energiespeicherung erforderlich zu machen, kann eine notwendige elektrische Energie zum Betrieb der elektrischen Maschine in einem Teilgetriebe von der elektrischen Maschine des anderen Teilgetriebes bereitgestellt werden. Beispielsweise kann durch die elektrische Maschine elektrische Energie generiert werden, die durch die zweite elektrische Maschine genutzt wird. Auf diese Weise kann gemäß einer Ausführungsform die zweite elektrische Maschine mit elektrischer Energie aus der elektrischen Maschine betreibbar sein und/oder die zweite elektrische Maschine mit der elektrischen Maschine elektrisch koppelbar oder gekoppelt sein.
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Besonders günstig ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der die zweite elektrische Maschine ausgebildet ist, um eine Drehzahl einer Welle mit einer Drehzahl der Welle zu synchronisieren, bevor das Umschaltelement eine Umschaltung einer Übertragung von Kraft einleitet. Auf diese Weise lässt sich sicherstellen, dass eine Komponente des ersten Teilgetriebes, die direkt mit der Antriebswelle koppelt und eine Komponente des zweiten Teilgetriebes, die ebenfalls tritt mit der Antriebswelle koppelt, innerhalb eines Toleranzbereichs eine gleiche Drehzahl haben, sodass bei einer Umschaltung des Kraftflusses von der Antriebswelle über das erste Teilgetriebe auf einem Kraftfluss von der Antriebswelle oft das zweite Teilgetriebe nahezu kein Lastsprung erfolgt.
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Günstig ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes als Verfahren zum Betreiben eines Schaltgetriebes gemäß einer hier vorgestellten Variante, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- - Ansteuern der elektrischen Maschine, um eine Drehzahl von der Welle und/oder der zweiten Welle zu steuern und/oder regeln; und
- - Beaufschlagen des Umschaltelements mit einem Umschaltsignal zur Bewirkung der Umschaltung einer Übertragung von Kraft von der Antriebswelle in das erste Teilgetriebe oder von der Antriebswelle in das zweite Teilgetriebe und/oder zur Umschaltung einer Übertragung von Kraft von dem ersten Teilgetriebe über das Hilfgetriebe auf die Abtriebswelle oder von dem zweiten Teilgetriebe über das Hilfgetriebe auf die Abtriebswelle.
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Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante des Ansatzes in Form eines Steuergeräts kann die dem Ansatz zugrundeliegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Hierzu kann das Steuergerät zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
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Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, in die ein Schaltgetriebe gemäß einem Ausführungsbeispiel verwendet wird;
- 2 eine schematische Darstellung eines Teils des Schaltgetriebes in der Form eines Getriebeschaltplans;
- 3 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des hier vorgestellten Ansatzes als Verfahren zum Betreiben eines Schaltgetriebes gemäß einer Variante des hier vorgestellten Ansatzes; und
- 4 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des hier vorgestellten Ansatzes als Steuergerät zum Betreiben eines Schaltgetriebes gemäß einer Variante des hier vorgestellten Ansatzes.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100, in die ein Schaltgetriebe 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel verwendet wird. Das Schaltgetriebe 105 umfasst eine Antriebswelle 110, über welche eine Kraft von einem Motor 115 in das Schaltgetriebe 105 ein gekoppelt oder übertragen wird. Der Motor 115 kann gemäß der in der 1 dargestellten Ausführung beispielsweise als ein Verbrennungsmotor bzw. eine Verbrennungskraftmaschine ausgestaltet sein, beispielsweise als Dieselmotor oder als Ottomotor. Ferner umfasst das Schaltgetriebe 105 ein erstes Teilgetriebe 120 sowie zweites Teilgetriebe 125, die jeweils in einen Kraftfluss von der Antriebswelle 110 in eine Abtriebswelle 130 gekoppelt oder geschaltet werden können. In dem ersten Teilgetriebe 120 und dem zweiten Teilgetriebe 125 kann jeweils eine Übersetzung der Drehzahl der Antriebswelle 110 in eine Drehzahl der Abtriebswelle 130 erfolgen, wobei die Abtriebswelle 130 mit Rädern 135 des Fahrzeugs 100 gekoppelt ist, um das Fahrzeug 100 fortzubewegen. Um nun den Kraftfluss zwischen der Antriebswelle 110 und der Abtriebswelle 130 zu steuern, ist eine Steuereinheit 140 vorgesehen, die ein Steuersignal 145 (auch als Umschaltsignal bezeichnet) an ein Umschaltelement 150 aussenden kann, um beispielsweise ein mit einer Welle 230 zugeordnetes Übersetzungsverhältnis zur Abtriebswelle 130 zu ändern oder/und einer zweiten Welle 230' zugeordnetes Übersetzungsverhältnis zur Abtriebswelle 130 zu ändern. Durch die Regelung der Motoren 170, 250 wird sichergestellt, dass die unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse des Hilfgetriebes 235 zu der Welle 230 und der zweiten Welle 230' zu keiner Beschädigung der Teilgetriebe 120 bzw. 125 führt, wenn beide zeitgleich mit der Antriebswelle 110 und der Abtriebswelle 130 gekoppelt sind.
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Ferner weist das erste Teilgetriebe 120 eine elektrische Maschine 170 auf, die mit einer Komponente des ersten Teilgetriebes, beispielsweise der als Zahnrad ausgeführten Komponente 160, gekoppelt ist. Die elektrische Maschine 170 kann beispielsweise wieder durch ein entsprechendes an Ansteuersignal 175 aus der Steuereinheit 140 angesteuert werden, sodass die Drehzahl der Komponente 160 sich durch die Ansteuerung und den Betrieb der elektrischen Maschine 170 variieren lässt. Zugleich kann die elektrische Maschine 170 einen Ausgangsanschluss 180 aufweisen, um bei einem Kraftfluss durch das erste Teilgetriebe 120 von der elektrischen Maschine 170 erzeugte elektrische Energie in ein Bordnetz 185 des Fahrzeugs 100 einspeisen zu können. Alternativ oder zusätzlich kann auch von der elektrischen Maschine 170 elektrische Energie von dem Bordnetzes 185 des Fahrzeugs 100 bezogen werden, um die Drehzahl der Komponente 160 des ersten Teilgetriebes 120 zu steuern und/oder zu regeln. Besonders günstig ist es, wenn das Steuergerät 140 ausgelegt ist, um die elektrische Maschine 170 über das Ansteuersignal 175 derart anzusteuern, dass eine Drehzahl der Komponente wie der Welle 230 des zweiten Getriebes 125 berücksichtigt wird, da hierdurch beispielsweise eine Synchronisation der Drehzahl der Komponente als Welle 230 des ersten Teilgetriebes 120 mit einer Drehzahl der Komponente als weiter Welle 230' des zweiten Teilgetriebes 125 ermöglicht werden kann, sodass durch das Umschaltelement 150 technisch sehr einfach ein Drehmomentsprung-freies Umschalten des Kraftflusses von der Antriebswelle 110 über das erste Teilgetriebe 120 auf die Abtriebswelle 130 auf einen Kraftfluss von der Antriebswelle 110 über das zweite Teilgetriebe 125 auf die Abtriebswelle oder umgekehrt ermöglicht werden kann.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils des Schaltgetriebes 105 in der Form eines Getriebeschaltplans. Das Schaltgetriebe 105 umfasst die Antriebswelle 110 sowie Komponente mit der die Motordrehzahl über die als Zahnrad ausgeformten Komponente 160 des ersten Teilgetriebes 120 oder einem Zahnrad als Komponente 165 des zweiten Teilgetriebes 125 gekoppelt wird.
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Im ersten Teilgetriebe 120 ist das Zahnrad als Komponente 160 mit einem Sonnenrad 200 eines ersten Planetengetriebes 205 verbunden, welches ferner ein Hohlrad 210 sowie zumindest ein Planetenrad 215 umfasst, das mit einem beweglichen Steg 220 gekoppelt ist, welches wiederum mit einem weiteren Zahnrad 225 gekoppelt ist, das mit der Welle 230 eines Hilfsgetriebes 235 gekoppelt ist, um eine Kraft von der Antriebswelle 110 auf die Abtriebswelle 130 zu übertragen. Zusätzlich umfasst das erste Teilgetriebe 120 die elektrische Maschine 170, die über einen Maschinenzahnrad 240 das Hohlrad 210 und somit auch die Komponente 160 des ersten Teilgetriebes 120 antreiben kann. Hierbei kämmt das Maschinenzahnrad 240 mit einer Verzahnung auf einem Außenumfang des Hohlrades 210.
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Im zweiten Teilgetriebe 125 ist das Zahnrad als Komponente 165 ebenfalls mit einem Sonnenrad 200' eines zweiten Planetengetriebes 205' verbunden, welches ferner ein Hohlrad 210' sowie zumindest ein Planetenrad 215' umfasst, das mit einem beweglichen Steg 220' gekoppelt ist, welches wiederum mit einem weiteren Zahnrad 225' gekoppelt ist, welches mit einer Welle 230' dem Hilfsgetriebes 235 gekoppelt ist, um eine Kraft von der Antriebswelle 110 auf die Abtriebswelle 130 zu übertragen. Zusätzlich umfasst in dem in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Schaltgetriebes auch das zweite Teilgetriebe 122 eine elektrische Maschine 250, die über ein Maschinenzahnrad 240' das Hohlrad 210' und somit auch die Komponente 165 des zweiten Teilgetriebe 125 antreiben kann. Hierbei kämmt das Maschinenzahnrad 240' mit einer Verzahnung auf einem Außenumfang des Hohlrades 210'.
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Gemäß dem hier vorgestellten Ansatz kann somit ein automatisches elektrisches Getriebe als Schaltgetriebe 105 realisiert werden, welches als Ersatz oder Ergänzung zu herkömmlichen Schaltgetrieben und Automatikgetrieben in Fahrzeugen eingesetzt werden kann. Vorteilhaft kann hierbei eine Leistungstransformation zwischen Motor und Antriebsstrang bzw. der Abtriebswelle 130 im Abtriebsstrang ermöglicht werden, wobei immer der optimale Arbeitspunkt in einem Motor 115 als Kraftquelle der Antriebswelle 110 eingehalten werden kann. Der Antriebsmotor bzw. Motor 115 kann somit meist für die geforderte Leistung im optimalen Arbeitspunkt gefahren werden. Es braucht auch nur ein Teil der elektrischen Leistung gewandelt werden, im Vergleich mit einem Diesel-elektrischen Antrieb. Zugleich ist ein besserer Wirkungsgrad als in herkömmlichen Ansätzen der Kraftübertragung erreichbar.
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Gemäß einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel des hier vorgestellten Ansatzes können somit, aufbauend oder in Anlehnung an die Konzeption ein Doppelkupplungsgetriebe, nun die beiden Kupplungen durch jeweils ein Additionsgetriebe mit einem Elektromotor ersetzt werden. Damit ist in beispielsweise jedem Antriebsstrang ein Elektromotor vorhanden, der auf die Differenzdrehzahl zwischen dem jeweiligen Gang/ Ausgang und dem Motor geregelt werden kann. Denkbar ist jedoch auch, dass gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel lediglich in einem der Teilgetriebe eine elektrische Maschine implementiert ist, sodass zumindest ein Teil der Vorteile des hier vorgestellten Ansatzes realisiert werden kann.
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Die Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes ermöglichen die Implementierung zumindest eines von gleich mehreren prinzipiell erreichbaren Vorteilen gegenüber Lösungen gemäß dem Stand der Technik. Speziell lässt sich der Verbrennungsmotor auf die optimale Drehzahl für die jeweilig benötigte Leistung regeln, sodass ein sehr effizienter dauernder Betrieb dieses Verbrennungsmotors realisiert werden kann. Auch kann bei einem Gangwechsel eine Drehmomentenunterbrechung vermieden werden, sowohl auf der Verbrennungsmotorseite als auch auf der Abtriebsseite. Der Verbrennungsmotor kann auch auf der eingestellten Drehzahl gefahren werden, es ist daher keine Drehzahländerung des Verbrennungsmotors beim Durchlaufen der Gänge erforderlich. Auch ist eine minimale elektrische Energiespeicherungsfähigkeit erforderlich, da die notwendige elektrische Energie zum Betrieb der elektrischen Maschine des einen Teilgetriebes in einem Ausführungsbeispiel von der elektrischen Maschine des anderen Teilgetriebes entnommen werden kann, wenn beispielsweise die elektrischen Maschinen 170 und 250 des Schaltgetriebes 105 gemäß der Auslegung nach 2 miteinander gekoppelt und/oder mit dem in der 1 dargestellten Bordnetz 185 verbunden sind. Auch kann ein Gangwechsel kraftlos erfolgen, speziell, wenn die Synchronisation der Welle 230 und der zweiten Welle 230' über die Beeinflussung deren Drehzahlen durch die elektrische Maschine 170 und/oder 250 erfolgt. Auch kann elektrische Energie zum Betrieb der beiden als Elektromotoren wirkenden elektrischen Maschinen 170 bzw. 250 aus dem Bordnetz 185 entnommen werden. Zusätzlich ist es möglich, bei geeigneter Abnahme von elektrischer Leistung an den elektrischen Maschinen 170 bzw. 250 auch ein drehmomentengeregeltes Anfahren zu ermöglichen.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des hier vorgestellten Ansatzes als Verfahren 300 zum Betreiben eines Schaltgetriebes gemäß einer Variante des hier vorgestellten Ansatzes. Das Verfahren 300 umfasst einen Schritt 310 des Ansteuerns der elektrischen Maschine, um eine Drehzahl von zumindest einer Komponente des ersten Teilgetriebes zu steuern und/oder regeln. Ferner umfasst das Verfahren 300 einen Schritt 320 des Beaufschlagens des Umschaltelements mit einem Umschaltsignal zur Bewirkung der Umschaltung einer Übertragung von Kraft von der Antriebswelle in das erste Teilgetriebe oder von der Antriebswelle in das zweite Teilgetriebe und/oder zur Umschaltung einer Übertragung von Kraft von dem ersten Teilgetriebe auf die Abtriebswelle oder von dem zweiten Teilgetriebe auf die Abtriebswelle.
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4 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des hier vorgestellten Ansatzes als Steuergerät 140 zum Betreiben eines Schaltgetriebes 105 gemäß einer Variante des hier vorgestellten Ansatzes. Das Steuergerät 140 umfasst eine Einheit 410 zum Ansteuern der elektrischen Maschine, um eine Drehzahl von zumindest einer Komponente des ersten Teilgetriebes zu steuern und/oder regeln. Ferner umfasst das Steuergerät 140 eine Einheit 420 zum Beaufschlagen des Umschaltelements mit einem Umschaltsignal zur Bewirkung der Umschaltung einer Übertragung von Kraft von der Antriebswelle in das erste Teilgetriebe oder von der Antriebswelle in das zweite Teilgetriebe und/oder zur Umschaltung einer Übertragung von Kraft von dem ersten Teilgetriebe auf die Abtriebswelle oder von dem zweiten Teilgetriebe auf die Abtriebswelle.
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Die hier vorgestellten Verfahrensschritte können wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
