DE10162890A1

DE10162890A1 - Mehrstufengetriebe

Info

Publication number: DE10162890A1
Application number: DE2001162890
Authority: DE
Inventors: Gerhard Gumpoltsberger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2003-07-24

Abstract

Das Mehrstufengetriebe umfasst eine Antriebswelle (1) und eine Abtriebswelle (2), welche in einem Gehäuse angeordnet sind, drei Einsteg-Planetensätze (P1, P2, P3), sieben drehbare Wellen (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) sowie sechs Schaltelemente (03, 04, 07, 14, 26, 36), umfassend Bremsen und Kupplungen, deren selektives Eingreifen sieben Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisiert, wobei der Antrieb durch die Welle (1) erfolgt, welche direkt mit dem Sonnenrad des zweiten Planetensatzes (P2) verbunden ist, der Abtrieb über die Welle (2) erfolgt, welche mit dem Hohlrad des dritten Planetensatzes (P3) verbunden ist, die Welle (3) ständig mit dem Sonnenrad des dritten Planetensatzes (P3) und dem Steg des zweiten Planetensatzes (P2) verbunden ist, die Welle (4) ständig mit dem Steg des dritten Planetensatzes (P3) verbunden ist, die Welle (5) das Hohlrad des ersten Planetensatzes (P1) und des zweiten Planetensatzes (P2) verbindet, die Welle (6) ständig mit dem Steg des ersten Planetensatzes (P1) verbunden ist, die Welle (7) ständig mit dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes (P1) verbunden ist, und wobei die Planetensätze (P1, P2, P3) mit Wellen (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) und Schaltelementen (03, 04, 07, 14, 26, 36) gekoppelt sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere ein Automatgetriebe für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Automatgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, umfassen nach dem Stand der Technik Planetensätze, die mittels Reibungs- bzw. Schaltelementen wie etwa Kupplungen und Bremsen geschaltet werden und üblicherweise mit einem einer Schlupfwirkung unterliegenden und wahlweise mit einer Überbrückungskupplung versehenen Anfahrelement wie etwa einem hydrodynamischen Drehmomentwandler oder einer Strömungskupplung verbunden sind.

Ein derartiges Getriebe geht aus der EP 0 434 525 A1 hervor. Es umfasst im wesentlichen eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle, die parallel zueinander angeordnet sind, einen konzentrisch zur Abtriebswelle angeordneten Doppelplanetenradsatz und fünf Schaltelemente in der Form von drei Kupplungen und zwei Bremsen, deren wahlweise Sperrung jeweils paarweise die verschiedenen Gangübersetzungen zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle bestimmen.

Des weiteren ist aus der DE 199 49 507 A1 der Anmelderin ein Mehrstufengetriebe bekannt, bei dem an der Antriebswelle zwei nicht schaltbare Vorschaltradsätze vorgesehen sind, die ausgangsseitig zwei Drehzahlen erzeugen, die neben der Drehzahl der Antriebswelle wahlweise auf einen auf die Abtriebswelle wirkenden, schaltbaren Doppelplanetenradsatz durch selektives Schließen der verwendeten Schaltelemente derart schaltbar sind, dass zum Umschalten von einem Gang in den jeweils nächst folgenden höheren oder niedrigeren Gang von den beiden gerade betätigten Schaltelementen jeweils nur ein Schaltelement zu- oder abgeschaltet werden muss.

Außerdem wird im Rahmen der EP 0 434 525 A1 ein Mehrstufengetriebe offenbart, welches eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle, die in einem Gehäuse angeordnet sind, einen mit der Abtriebswelle konzentrischen Planetensatz aus vier von einem ersten bis zu einem vierten in Drehzahlordnung bezeichneten Elementen, d. h. einem sogenannten doppelten Planetensatz sowie fünf Schaltelemente, nämlich drei Kupplungen und zwei Bremsen enthält, deren selektives paarweises Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen Antriebswelle und der Abtriebswelle bestimmt, wobei das Getriebe zwei Leistungswege aufweist, so dass durch das selektive paarweise Eingreifen der fünf Schaltelemente sechs Vorwärtsgänge erzielt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehrstufengetriebe der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem der Bauaufwand optimiert wird und zudem der Wirkungsgrad in den Hauptfahrgängen hinsichtlich der Schlepp- und Verzahnungsverluste verbessert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteile und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Demnach wird ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise vorgeschlagen, welches mindestens eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle aufweist, welche in einem Gehäuse angeordnet sind. Des weiteren sind zumindest drei Einstegplanetensätze, mindestens sieben drehbare Wellen sowie zumindest sechs Schaltelemente, umfassend Bremsen und Kupplungen, vorgesehen, deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle bewirken, sodass vorzugsweise sieben Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar sind.

Erfindungsgemäß ist bei dem Mehrstufengetriebe vorgesehen, dass der Antrieb durch eine Welle erfolgt, welche direkt mit dem Sonnenrad des zweiten Planetensatzes verbunden ist und dass der Abtrieb über eine Welle erfolgt, welche mit dem Hohlrad des dritten Planetensatzes verbunden ist. Des weiteren ist eine Welle ständig mit dem Sonnenrad des dritten Planetensatzes und dem Steg des zweiten Planentensatzes verbunden. Ferner ist eine Welle ständig mit dem Steg des dritten Planetensatzes verbunden. Darüber hinaus verbindet eine weitere Welle das Hohlrad des ersten Planetensatzes und des zweiten Planetensatzes. Eine weitere Welle ist ständig mit dem Steg des ersten Planetensatzes verbunden. Des weiteren ist eine Welle ständig mit dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes verbunden, wobei die Planetensätze mit Wellen und Schaltelementen gekoppelt sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe kann vorzugsweise der zweite Planetensatz ein sogenannter Plusplanetensatz sein, wobei der erste Planetensatz und der dritte Planetensatz jeweils ein sogenannter Minusplanetensatz sein kann.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Mehrstufengetriebes ergeben sich geeignete Übersetzungen sowie eine erhebliche Erhöhung der Gesamtspreizung des Mehrstufengetriebes, wodurch eine Verbesserung des Fahrkomforts und eine signifikante Verbrauchsabsenkung bewirkt wird.

Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe eignet sich für jedes Kraftfahrzeug, insbesondere für Personenkraftfahrzeuge und für Nutzkraftfahrzeuge, wie z. B. Lastkraftwagen, Busse, Baufahrzeuge, Schienenfahrzeuge, Gleiskettenfahrzeuge und dergleichen.

Darüber hinaus wird mit dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe durch eine geringe Anzahl an Schaltelementen, vorzugsweise drei Bremsen und drei Kupplungen, der Bauaufwand erheblich reduziert. In vorteilhafter Weise ist es mit dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe möglich, ein Anfahren mit einem hydrodynamischen Wandler, einer externen Anfahrkupplung oder auch mit sonstigen geeigneten externen Anfahrelementen durchzuführen. Es ist auch denkbar, einen Anfahrvorgang mit einem im Getriebe integrierten Anfahrelement zu ermöglichen. Vorzugsweise eignet sich ein Schaltelement, welches beim ersten und beim Rückwärtsgang betätigt wird.

Darüber hinaus ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe ein guter Wirkungsgrad in den Hauptfahrgängen bezüglich der Schlepp- und Verzahnungsverluste. Des weiteren werden bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe immer drei Schaltelemente gleichzeitig betätigt, sodass nur drei Schaltelemente offen sind, sodass insbesondere dadurch weniger Schleppverluste vorliegen.

Ferner liegen geringe Momente an den Schaltelementen und an den Planetensätzen des Mehrstufengetriebes an, wodurch in vorteilhafter Weise die mechanischen Beanspruchungen reduziert werden. Darüber hinaus liegen geringe Drehzahlen bei den Wellen, den Schaltelementen und den Planetensätzen vor. Des weiteren wird durch die geringen Momente eine entsprechend geringe Dimensionierung ermöglicht, wodurch der benötigte Bauraum und die Kosten reduziert werden. Darüber hinaus liegen auch geringe Drehzahlen bei den Wellen, den Schaltelementen und den Planetensätzen vor.

Außerdem ist das erfindungsgemäße Getriebe derart konzipiert, dass eine Anpassbarkeit an unterschiedliche Triebstrangausgestaltungen sowohl in Kraftflussrichtung als auch in räumlicher Hinsicht ermöglicht wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert.
In diesen stellen dar:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes und
Fig. 2 ein Schaltschema für das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe gemäß Fig. 1.
In Fig. 1 ist das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe mit einer Antriebswelle 1 (An) und eine Abtriebswelle 2 (Ab) dargestellt, welche in einem Gehäuse angeordnet sind. Es sind drei Planetensätze P1, P2, P3 vorgesehen, wobei der zweite Planetensatz P2 als ein Plusplanetensatz ausgebildet ist. Der erste Planetensatz P1 und der dritte Planetensatz P3 sind jeweils als Minusplanetensätze ausgebildet.
Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, sind lediglich sechs Schaltelemente vorgesehen, nämlich drei Bremsen 03, 04 und 07 sowie drei Kupplungen 14, 26, und 36, durch deren selektives Schalten sieben Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar sind. Dabei werden immer drei Schaltelemente geschaltet. Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe weist insgesamt sieben drehbare Wellen 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7 auf.
Erfindungsgemäß ist bei dem Mehrstufengetriebe vorgesehen, dass der Antrieb durch die Welle 1 erfolgt, welche direkt mit dem Sonnenrad des zweiten Planetensatzes P2 verbunden ist. Der Abtrieb erfolgt über die Welle 2, welche mit dem Hohlrad des dritten Planetensatzes P3 verbunden ist. Darüber hinaus ist die Welle 3 ständig mit dem Sonnenrad des dritten Planetensatzes P3 und dem Steg des zweiten Planetensatzes P2 verbunden. Die Welle 4 ist ständig mit dem Steg des dritten Planetensatzes P3 verbunden. Des weiteren verbindet die Welle 5 das Hohlrad des ersten Planetensatzes P1 und des zweiten Planetensatzes P2. Die Welle 6 ist ständig mit dem Steg des ersten Planetensatzes P1 und die Welle 7 ist ständig mit dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes P1 verbunden.
Bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe ist die Welle 3 durch die Bremse 03 und die Welle 4 durch die Bremse 04 an das Gehäuse ankoppelbar. Die Welle 7 ist durch die Bremse 07 an das Gehäuse ankoppelbar. Die Kupplung 14 verbindet die Welle 1 und die Welle 4 lösbar miteinander. Ferner verbindet die Kupplung 26 die Welle 2 und die Welle 6lösbar miteinander. Die Kupplung 36 verbindet die Welle 3 und die Welle 6 miteinander lösbar.
In Fig. 2 ist das Schaltschema für das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe dargestellt. Dabei sind neben dem Schaltschema die jeweiligen Übersetzungen i der einzelnen Gangstufen und die daraus zu bestimmenden Stufensprünge φ beispielhaft angegeben.
Aus dem in Fig. 2 dargestellten Schaltschema kann entnommen werden, dass bei sequentieller Schaltweise Doppelschaltungen vermieden werden, da zwei benachbarte Gangstufen jeweils zwei Schaltelemente gemeinsam benutzen.
Bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe ist im ersten Gang die Bremse 04 und 07 sowie die Kupplung 26 aktiviert. Im zweiten Gang ist die Bremse 03, die Bremse 07 und die Kupplung 26 aktiviert. Im dritten Gang wird die Bremse 07, die Kupplung 26 und die Kupplung 36 betätigt. Im vierten Gang wird die Bremse 07, die Kupplung 14 und die Kupplung 26 aktiviert. Die Kupplung 14 und die Kupplung 26 sowie die Kupplung 36 werden beim fünften Gang betätigt. Im sechsten Gang werden die Bremse 07, die Kupplung 14 und die Kupplung 36 aktiviert. Die Bremse 03 und 07 sowie die Kupplung 14 werden im siebten Gang des erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes betätigt. Bei dem Rückwärtsgang R1 werden die Bremsen 04 und 07 sowie die Kupplung 36 aktiviert.
Gemäß der Erfindung ist es möglich, an jeder geeigneten Stelle des Mehrstufengetriebes zusätzliche Freiläufe vorzusehen, beispielsweise zwischen einer Welle und dem Gehäuse oder um eine Welle zu trennen.
Zudem ist es durch die erfindungsgemäße Bauweise möglich, Antrieb und Abtrieb vorzugsweise für Quer-, Front- Längs-, Heck-Längs- oder Allradanordnungen auf der gleichen Seite des Getriebes bzw. des Gehäuses anzuordnen. Auf der Antriebsseite kann zudem ein Achsdifferential oder ein Verteilerdifferential angeordnet werden.
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Antriebswelle durch ein Kupplungselement von einem Antriebs-Motor nach Bedarf getrennt werden, wobei als Kupplungselement ein hydrodynamischer Wandler, eine hydraulische Kupplung, eine trockene Anfahrkupplung, eine nasse Anfahrkupplung, eine Magnetpulverkupplung oder eine Fliehkraftkupplung einsetzbar sind. Es ist auch möglich, ein derartiges Anfahrelement in Kraftflussrichtung hinter dem Getriebe anzuordnen, wobei in diesem Fall die Antriebswelle ständig mit der Kurbelwelle des Motors verbunden ist. Das Anfahren kann gemäß der Erfindung auch mittels eines Schaltelements des Getriebes erfolgen. Bevorzugt können als Schaltelemente die Bremse 04 oder die Bremse 07 verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe ermöglicht außerdem die Anordnung eines Torsionsschwingungsdämpfers zwischen Motor und Getriebe.
Im Rahmen einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann auf jeder Welle bevorzugt auf der Antriebswelle 1 oder der Abtriebswelle 2 eine verschleißfreie Bremse, wie z. B. ein hydraulischer, elektrischer Retarder oder dergleichen, angeordnet sein, was insbesondere für den Einsatz in Nutzkraftfahrzeugen von besonderer Bedeutung ist. Des weiteren kann zum Antrieb von zusätzlichen Aggregaten auf jeder Welle bevorzugt auf der Antriebswelle 1 oder der Abtriebswelle 2 ein Nebenabtrieb vorgesehen sein.
Die eingesetzten Schaltelemente können als lastschaltende Kupplungen oder Bremsen ausgebildet sein. Insbesondere können kraftschlüssige Kupplungen oder Bremsen, wie z. B. Lamellenkupplungen, Bandbremsen und/oder Konuskupplungen, verwendet werden. Des weiteren können als Schaltelemente auch formschlüssige Bremsen und/oder Kupplungen, wie z. B. Synchronisierungen oder Klauenkupplungen, eingesetzt werden.
Ein weiterer Vorteil des hier vorgestellten Mehrstufengetriebes besteht darin, dass auf jeder Welle als Generator und/oder als zusätzliche Antriebsmaschine eine elektrische Maschine anbringbar ist. Bezugszeichen 1 Welle
2 Welle
3 Welle
4 Welle
5 Welle
6 Welle
7 Welle
03 Bremse
04 Bremse
07 Bremse
14 Kupplung
26 Kupplung
36 Kupplung
P1 Planetensatz
P2 Planetensatz
P3 Planetensatz
An Antrieb
Ab Abtrieb
i Übersetzung
φ Stufensprung

Claims

1. Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere ein Automatgetriebe für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Antriebswelle (1) und eine Abtriebswelle (2), welche in einem Gehäuse angeordnet sind, drei Einstegplanetensätze (P1, P2, P3), sieben drehbare Wellen (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) sowie sechs Schaltelemente (03, 04, 07, 14, 26, 36), umfassend Bremsen und Kupplungen, deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle (1) und der Abtriebswelle (2) bewirken, sodass sieben Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb durch eine Welle (1) erfolgt, welche direkt mit dem Sonnenrad des zweiten Planetensatzes (P2) verbunden ist, dass der Abtrieb über eine Welle (2) erfolgt, welche mit dem Hohlrad des dritten Planetensatzes (P3) verbunden ist, dass eine Welle (3) ständig mit dem Sonnenrad des dritten Planetensatzes (P3) und dem Steg des zweiten Planetensatzes (P2) verbunden ist, dass eine Welle (4) ständig mit dem Steg des dritten Planetensatzes (P3) verbunden ist, dass eine Welle (5) das Hohlrad des ersten Planetensatzes (P1) und das Hohlrad des zweiten Planetensatzes (P2) verbindet, dass eine Welle (6) ständig mit dem Steg des ersten Planetensatzes (P1) verbunden ist, und dass eine Welle (7) ständig mit dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes (P1) verbunden ist, wobei die Welle (3) durch eine Bremse (03) an das Gehäuse ankoppelbar ist, die Welle (4) durch eine Bremse (04) an das Gehäuse ankoppelbar ist, die Welle (7) durch eine Bremse (07) an das Gehäuse ankoppelbar ist, eine Kupplung (14) die Welle (1) und die Welle (4) lösbar miteinander verbindet, eine Kupplung (26) die Welle (2) und die Welle (6) lösbar miteinander verbindet, und wobei eine Kupplung (36) die Welle (3) und die Welle (6) lösbar miteinander verbindet.

2. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetensatz (P1) und der dritte Planetensatz (P3) als Minus- Planetensätze ausgebildet sind.

3. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Planetensatz (P2) als Plus-Planetensatz ausgebildet ist.

4. Mehrstufengetriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder geeigneten Stelle zusätzliche Freiläufe einsetzbar sind.

5. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Freiläufe zwischen der Welle und dem Gehäuse vorgesehen sind.

6. Mehrstufengetriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Antrieb und Abtrieb auf der gleichen Seite des Gehäuses vorgesehen sind.

7. Mehrstufengetriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Achs- und/oder ein Verteilerdifferential auf der Antriebsseite oder der Abtriebsseite angeordnet ist.

8. Mehrstufengetriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (1) durch ein Kupplungselement von einem Antriebs-Motor trennbar ist.

9. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Kupplungselement ein hydrodynamischer Wandler, eine hydraulische Kupplung, eine trockene Anfahrkupplung, eine nasse Anfahrkupplung, eine Magnetpulverkupplung oder eine Fliehkraftkupplung vorgesehen ist.

10. Mehrstufengetriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Kraftflussrichtung hinter dem Getriebe ein externes Anfahrelement, insbesondere nach Anspruch 9, anordbar ist, wobei die Antriebswelle (1) fest mit der Kurbelwelle des Motors verbunden ist.

11. Mehrstufengetriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anfahren mittels eines Schaltelements des Getriebes erfolgt, wobei die Antriebswelle (1) ständig mit der Kurbelwelle des Motors verbunden ist.

12. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Schaltelement die Bremse (04) oder die Bremse (07) einsetzbar ist.

13. Mehrstufengetriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Motor und Getriebe ein Torsionsschwingungsdämpfer anordbar ist.

14. Mehrstufengetriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder Welle eine verschleißfreie Bremse anordbar ist.

15. Mehrstufengetriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Antrieb von zusätzlichen Aggregaten auf jeder Welle ein Nebenabtrieb anordbar ist.

16. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenabtrieb auf der Antriebswelle (1) oder der Abtriebswelle (2) anordbar ist.

17. Mehrstufengetriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente als lastschaltende Kupplungen oder Bremsen ausgebildet sind.

18. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass Lamellenkupplungen, Bandbremsen und/oder Konuskupplungen einsetzbar sind.

19. Mehrstufengetriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Schaltelemente formschlüssige Bremsen und/oder Kupplungen vorgesehen sind.

20. Mehrstufengetriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder Welle als Generator und/oder als zusätzliche Antriebsmaschine eine elektrische Maschine anbringbar ist.