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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise,
insbesondere ein Automatgetriebe für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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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.
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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 bestimmt. Hierbei
weist das Getriebe einen Vorschaltradsatz und zwei Leistungswege
auf, so dass durch das selektive paarweise Eingreifen der fünf Schaltelemente
sechs Vorwärtsgänge erzielt werden.
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Hierbei
werden bei dem ersten Leistungsweg zwei Kupplungen zur Übertragung
des Drehmomentes vom Vorschaltradsatz zu zwei Elementen des Doppelplanetenradsatzes
benötigt.
Diese sind in Kraftflussrichtung im wesentlichen hinter dem Vorschaltradsatz
in Richtung Doppelplanetenradsatz angeordnet. Bei dem zweiten Leistungsweg
ist eine weitere Kupplung vorgesehen, die diesen mit einem weiteren
Element des Doppelplanetenradsatzes lösbar verbindet. Hierbei sind
die Kupplungen derart angeordnet, dass der Innenlammelenträger den
Abtrieb bildet.
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Des
weiteren ist aus der Druckschrift
US 6,139,463 ein
kompaktes Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere für ein Kraftfahrzeug bekannt,
welches zwei Planetenradsätze
und einen Vorschaltradsatz sowie drei Kupplungen und zwei Bremsen
aufweist. Bei diesem bekannten Mehrstufengetriebe sind bei einem
ersten Leistungsweg zwei Kupplungen C-1 und C-3 zum Übertragen
des Drehmoments vom Vorschaltradsatz zu den beiden Planetenradsätzen vorgesehen.
Hierbei ist der Außenlamellenträger bzw.
die Zylinder- bzw. Kolben- und Druckausgleichsseite der Kupplung
C-3 mit einer ersten Bremse B-1 verbunden. Zudem ist der Innenlamellenträger der
dritten Kupplung C-3 mit der Zylinder- bzw. Kolben- und Druckausgleichsseite
der ersten Kupplung C-1 verbunden, wobei der Innenlamellenträger der
ersten Kupplung C-1 abtriebsseitig angeordnet ist und mit einem
Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes verbunden ist.
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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.
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Aus
der
DE 199 12 480
A1 ist ein automatisch schaltbares Kraftfahrzeuggetriebe
mit drei Einsteg-Planetensätzen
sowie drei Bremsen und zwei Kupplungen zum Schalten von sechs Vorwärtsgängen und
einem Rückwärts gang
und mit einer Antriebs- sowie einer Abtriebswelle bekannt. Das automatisch
schaltbare Kraftfahrzeuggetriebe ist derart ausgebildet, dass die
Antriebswelle direkt mit dem Sonnenrad des zweiten Planetensatzes
verbunden ist und dass die Antriebswelle über die erste Kupplung mit
dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes und/oder über die
zweite Kupplung mit dem Steg des ersten Planetensatzes verbindbar
ist. Zusätzlich
oder alternativ ist das Sonnenrad des ersten Planetensatzes über die
erste Bremse mit dem Gehäuse
des Getriebes und/oder der Steg des ersten Planetensatzes über die
zweite Bremse mit dem Gehäuse
und/oder dem Sonnenrad des dritten Planetensatzes über die dritte
Bremse mit dem Gehäuse
verbindbar.
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Des
weiteren ist aus der
DE
10213820 A1 ein Mehrgangautomatikgetriebe bekannt, umfassend einen
ersten Eingangspfad T1 eines ersten Übersetzungsverhältnisses;
einen Eingangspfad T2, der ein größeres Übersetzungsverhältnis als
dieser Eingangspfad T1 hat; einen Planetenradsatz mit vier Elementen,
wobei die vier Elemente ein erstes Element, ein zweites Element,
ein drittes Element und ein viertes Element in der Reihenfolge der
Elemente in einem Drehzahldiagramm sind; eine Kupplung C-2, die
eine Drehung des Eingangspfads T2 auf das erste Element S3 überträgt; eine
Kupplung C-1, die die Drehung von dem Eingangspfad T2 auf das vierte Element
S2 überträgt; eine
Kupplung C-4, die eine Drehung von dem Eingangspfad T1 auf das erste Element überträgt; eine
Kupplung C-3, die die Drehung von dem Eingangspfad T1 auf das zweite
Element C3 überträgt; eine
Bremse B-1, die den Eingriff des vierten Elements herstellt; eine
Bremse B-2, die den Eingriff des zweiten Elements herstellt; und
ein Abtriebselement, das mit dem dritten Element R3 gekoppelt ist.
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Im
Rahmen der
DE 10115983
A1 der Anmelderin wird ein Mehrstufengetriebe beschrieben,
mit einer Antriebswelle, die mit einem Vorschaltsatz verbunden ist,
mit einer Abtriebswelle, die mit einem Nachschaltsatz verbunden ist,
und mit maximal sieben Schaltelementen, durch deren wahlweises Schalten
mindestens sieben Vorwärtsgänge ohne Gruppenschaltung
schaltbar sind. Der Vorschaltsatz wird aus einem Vorschalt-Planetenradsatz
oder maximal zwei nicht schaltbaren, mit dem ersten Vorschalt-Planetenradsatz
gekoppelten Vorschalt-Planetenradsätzen gebildet, wobei der Nachschaltsatz als
Zweisteg-Vierwellen-Getriebe
mit zwei schaltbaren Nachschalt-Planetenradsätzen ausgebildet ist und vier
freie Wellen aufweist. Die erste freie Welle dieses Zweisteg-Vierwellen-Getriebes
ist mit dem ersten Schaltelement verbunden, die zweite freie Welle
mit dem zweiten und dritten Schaltelement, die dritte freie Welle
mit dem vierten und fünften
Schaltelement und die vierte freie Welle ist mit der Abtriebswelle
verbunden. Für
ein Mehrstufengetriebe mit insgesamt sechs Schaltelementen wird
erfindungsgemäß vorgeschlagen,
die dritte freie Welle oder die erste freie Welle des Nachschaltsatzes
zusätzlich
mit einem sechsten Schaltelement zu verbinden. Für ein Mehrstufengetriebe mit
insgesamt sieben Schaltelementen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
die dritte freie Welle zusätzlich
mit einem sechsten Schaltelement D' und die erste freie Welle zusätzlich mit
einem siebten Schaltelement zu verbinden.
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Ferner
ist im Rahmen der
DE 10115987 der Anmelderin
ein Mehrstufengetriebe mit mindestens sieben Gängen beschrieben. Dieses Getriebe
besteht neben der Antriebswelle und der Abtriebswelle aus einem
nicht schaltbaren Vorschaltradsatz und einem schaltbaren Nachschaltradsatz
in Form eines Zweisteg-Vierwellen-Getriebes. Der Vorschaltradsatz
besteht aus einem ersten Planetenradsatz, welcher neben der Eingangsdrehzahl
der Antriebswelle eine zweite Drehzahl anbietet, die wahlweise auf
einen Nachschaltradsatz geschaltet werden kann. Der Nachschaltradsatz
besteht aus zwei schaltbaren Planetenradsätzen, welche mit den sechs
Schaltelementen mindestens sieben Gänge schalten kann, wobei zwei
Leistungswege gebildet werden. Dabei werden bei jedem Schaltvorgang
in vorteilhafter Weise stets Gruppenschaltungen vermieden. Ein 9-Gang-Mehrstufengetriebe
ist ferner aus der
DE 2936969 bekannt;
es umfasst acht Schaltelemente und vier Radsätze.
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Automatisch
schaltbare Fahrzeuggetriebe in Planetenbauweise im allgemeinen sind
im Stand der Technik bereits vielfach beschrieben und unterliegen einer
permanenten Weiterentwicklung und Verbesserung. So sollen diese
Getriebe eine ausreichende Anzahl von Vorwärtsgängen sowie einen Rückwärtsgang
und eine für
Kraftfahrzeuge sehr gut geeignete Übersetzung mit einer hohen
Gesamtspreizung sowie günstigen
Stufensprüngen
aufweisen. Ferner sollen diese eine hohe Anfahrübersetzung in Vorwärtsrichtung
ermöglichen
und einen direkten Gang enthalten sowie für den Einsatz sowohl in Pkw
als auch Nkw geeignet sein. Außerdem
sollen diese Getriebe einen geringen Bauaufwand, insbesondere eine
geringe Anzahl an Schaltelementen erfordern und bei sequentieller
Schaltweise Doppelschaltungen vermeiden, so daß bei Schaltungen in definierten Ganggruppen
jeweils nur ein Schaltelement gewechselt wird.
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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. Zudem sollen
bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe
geringe Momente auf die Schaltelemente und Planetensätze wirken
sowie die Drehzahlen der Wellen, Schaltelemente und Planetensätze möglicht gering gehalten
werden. Des weiteren soll die Getriebespreizung erhöht werden
und sechs Vorwärtsgänge und
zumindest ein Rückwärtsgang
realisierbar sein. Außerdem
soll sich das erfindungsgemäße Getriebe
für jegliche
Bauweise in ein Fahrzeug geeignet sein, insbesondere für eine Front-Quer-Anordnung.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere Vorteile und vorteilhafte
Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Demnach
wird ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe
in Planetenbauweise vorgeschlagen, welches eine Antriebswelle und
eine Abtriebswelle aufweist, welche in einem Gehäuse angeordnet sind. Des weiteren
sind zumindest drei Planetensätze,
mindestens sechs drehbare Wellen sowie zumindest fünf Schaltelemente,
umfassend Bremsen und Kupplungen, vorgesehen, deren selektives Eingreifen
verschiedene Übersetzungsverhältnisse
zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle bewirkt, sodass
vorzugsweise sechs Vorwärtsgänge und
ein Rückwärtsgang
realisierbar sind.
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Hierbei
ist die Antriebswelle ständig
mit einem Element des ersten Planetensatzes verbunden und über eine
Kupplung mit einer ersten Welle lösbar verbindbar, die ständig mit
dem Steg des dritten Planetensatzes verbunden und über eine
weitere Kupplung mit der ständig
mit dem Hohlrad des zweiten Planetensatzes verbundenen Abtriebswelle
lösbar verbindbar
ist, wobei eine zweite Welle ständig
mit dem Hohlrad des dritten Planetensatzes und dem Steg des zweiten
Planetensatzes verbunden und an das Gehäuse ankoppelbar ist. Gemäß der Erfindung ist
eine dritte Welle ständig
mit dem Sonnenrad des zweiten Planetensatzes verbunden, an das Gehäuse ankoppelbar
und über
eine weitere Kupplung mit einer vierten Welle lösbar verbindbar, welche ständig mit
dem Hohlrad des ersten Planetensatzes und dem Sonnenrad des dritten
Planetensatzes verbunden ist, wobei ein weiteres Element des ersten
Planetensatzes ständig
mit dem Gehäuse
verbunden ist.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausgestaltung des
Mehrstufengetriebes ergeben sich insbesondere für Personenkraftwagen geeignete Übersetzungen sowie
eine erhebliche Erhöhung
der Gesamtspreizung des Mehrstufengetrie bes, wodurch eine Verbesserung
des Fahrkomforts und eine signifikante Verbrauchsabsenkung bewirkt
werden.
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Darüber hinaus
wird mit dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe
durch eine geringe Anzahl an Schaltelementen, vorzugsweise zwei
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 im ersten Vorwärtsgang
und im Rückwärtsgang
betätigt
wird.
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Ferner
ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe ein
guter Wirkungsgrad in den Hauptfahrgängen bezüglich der Schlepp- und Verzahnungsverluste.
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Des
weiteren liegen geringe Momente in den Schaltelementen und in den
Planetensätzen
des Mehrstufengetriebes vor, wodurch der Verschleiß bei dem
Mehrstufengetriebe in vorteilhafter Weise reduziert wird. Ferner
wird durch die geringen Momente eine entsprechend geringe Dimensionierung
ermöglicht,
wodurch der benötigte
Bauraum und die entsprechenden Kosten reduziert werden. Darüber hinaus
liegen auch geringe Drehzahlen bei den Wellen, den Schaltelementen
und den Planetensätzen
vor.
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Außerdem ist
das erfindungsgemäße Getriebe
derart konzipiert, dass eine Anpassbarkeit an unterschiedliche Triebstrangausgestaltungen
sowohl in Kraftflussrichtung als auch in räumlicher Hinsicht ermöglicht wird.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen beispielhaft
näher erläutert.
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In
diesen stellen dar:
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1 eine
schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
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2 eine
schematische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
und
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3 ein
beispielhaftes Schaltschema für das
erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe
gemäß 1 und 2.
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe
mit einer Antriebswelle 1 (An) und einer Abtriebswelle 2 (Ab)
dargestellt, welche in einem Gehäuse
G angeordnet sind. Es sind drei Planetensätze P1, P2, P3 vorgesehen,
wobei der erste Planetensatz P1 vorzugsweise als Plus-Planetensatz
ausgebildet ist und der zweite und der dritte Planetensatz vorzugsweise
als Minus-Planetensätze
ausgebildet sind.
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Wie
aus 1 ersichtlich, sind lediglich fünf Schaltelemente,
nämlich
zwei Bremsen 03, 04 und drei Kupplungen 16, 26 und 45 vorgesehen.
Mit diesen Schaltelementen ist ein selektives Schalten von sechs
Vorwärtsgängen und
einem Rückwärtsgang realisierbar.
Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe
weist insgesamt sechs drehbare Wellen auf, nämlich die Wellen 1, 2, 3, 4, 5 und 6.
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Erfindungsgemäß ist bei
dem Mehrstufengetriebe gemäß 1 vorgesehen,
dass der Antrieb durch die Welle 1 erfolgt, welche ständig mit
dem Steg des ersten Planetensatzes P1 verbunden und über eine
Kupplung 16 mit der Welle 6 lösbar verbindbar ist, die ständig mit
dem Steg des dritten Planetensatzes P3 verbunden ist und über eine
Kupplung 26 mit der ständig
mit dem Hohlrad des zweiten Planetensatzes P2 verbundenen Abtriebswelle 2 lösbar verbindbar
ist. Erfindungsgemäß ist die
Welle 3 ständig
mit dem Hohlrad des dritten Planetensatzes P3 und dem Steg des zweiten
Planetensatzes P2 verbunden und über
die Bremse 03 an das Gehäuse G ankoppelbar. Ferner ist
die Welle 4 ständig
mit dem Sonnenrad des zweiten Planetensatzes P2 verbunden, über die
Bremse 04 an das Gehäuse
ankoppelbar und über
die Kupplung 45 mit der Welle 5 lösbar verbindbar,
welche ständig
mit dem Hohlrad des ersten Planetensatzes P1 und dem Sonnenrad des
dritten Planetensatzes P3 verbunden ist. Des weiteren ist das Sonnenrad
des ersten Planetensatzes P1 ständig
mit dem Gehäuse
G verbunden (Welle 0).
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Die
räumliche
Anordnung der Schaltelemente kann beliebig sein und wird nur durch
die Abmessungen und die äußere Formgebung
begrenzt.
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Das
in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet
sich vom Ausführungsbeispiel
gemäß 1 dadurch,
dass die Antriebswelle ständig
mit dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes P1 verbunden ist und
dass der Steg des ersten Planetensatzes P1 ständig mit dem Gehäuse verbunden
ist.
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In 3 ist
ein beispielhaftes Schaltschema des erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes
gemäß 1 und 2 dargestellt.
Für jeden
Gang werden zwei Schaltelemente geschlossen. Dem Schaltschema können die
jeweiligen Übersetzungen i
der einzelnen Gangstufen und die daraus zu bestimmenden Stufensprünge ϕ beispielhaft
entnommen werden. Des weiteren kann dem Schaltschema entnommen werden,
dass bei sequentieller Schalt weise Doppelschaltungen bzw. Gruppenschaltungen
vermieden werden, da zwei benachbarte Gangstufen ein Schaltelement
gemeinsam benutzen. Der vierte Gang ist hierbei vorzugsweise als
direkter Gang ausgebildet.
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Der
erste Gang ergibt sich durch Schließen der Bremse 03 und
der Kupplung 26, der zweite Gang durch Schließen der
Bremse 04 und der Kupplung 26 und der dritte Gang
durch Schließen
der Kupplung 26 und der Kupplung 45. Ferner ergibt
sich der vierte Gang durch Schließen der Kupplungen 16 und 26,
der fünfte
Gang durch Schließen
der Kupplungen 16 und 45 und der sechste Gang
durch Schließen
der Bremse 04 und der Kupplung 16. Wie aus dem
Schaltschema ersichtlich, ergibt sich der Rückwärtsgang durch Schließen der
Bremse 03 und der Kupplung 45.
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Gemäß der Erfindung
ist ein Anfahren mit einem integrierten Schaltelement möglich (IAK),
wobei dazu insbesondere ein Schaltelement geeignet ist, welches
im ersten Vorwärtsgang
und im Rückwärtsgang
benötigt
wird. Des weiteren können
sich bei gleichem Getriebeschema je nach Schaltlogik unterschiedliche
Gangsprünge
ergeben, so dass eine anwendungs- bzw. fahrzeugspezifische Variation
ermöglicht
wird.
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Es
ist zudem möglich,
an jeder geeigneten Stelle des Mehrstufengetriebes zusätzliche
Freiläufe vorzusehen,
beispielsweise zwischen einer Welle und dem Gehäuse oder um zwei Wellen gegebenenfalls
zu verbinden.
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Auf
der Antriebsseite oder auf der Abtriebsseite können erfindungsgemäß ein Achsdifferential und/oder
ein Verteilerdifferential angeordnet werden.
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Im
Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Antriebswelle 1 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 1 ständig mit
der Kurbelwelle des Motors verbunden ist.
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Das
erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe ermöglicht außerdem die
Anordnung eines Torsionsschwingungsdämpfers zwischen Motor und Getriebe.
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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 oder 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.
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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.
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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.
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Selbstverständlich fällt auch
jede konstruktive Ausbildung, insbesondere jede räumliche
Anordnung der Planetensätze
und der Schaltelemente an sich sowie zueinander und soweit technisch
sinnvoll, unter den Schutzumfang der vorliegenden Ansprüche ohne
die Funktion des Getriebes, wie sie in den Ansprüchen angegeben ist, zu beeinflussen,
auch wenn diese Ausbildungen nicht explizit in den Figuren oder
in der Beschreibung dargestellt sind.
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- 0
- Welle
- 1
- Welle
- 2
- Welle
- 3
- Welle
- 4
- Welle
- 5
- Welle
- 6
- Welle
- 03
- Bremse
- 04
- Bremse
- 16
- Kupplung
- 26
- Kupplung
- 45
- Kupplung
- P1
- Planetensatz
- P2
- Planetensatz
- P3
- Planetensatz
- An
- Antrieb
- Ab
- Abtrieb
- i
- Übersetzung
- ϕ
- Stufensprung
- G
- Gehäuse