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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,
als Zweisteg-Vierwellen-Planetengetriebe ausgebildeten und mit der
Antriebswelle verbindbaren Hauptradsatz, einen mit der Antriebswelle
verbundenen und mit dem Hauptradsatz verbindbaren Vorschaltradsatz,
sowie 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 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 Hauptradsatzes
benötigt.
Diese sind in Kraftflussrichtung im Wesentlichen hinter dem Vorschaltradsatz
in Richtung Hauptradsatz angeordnet. Bei dem zweiten Leistungsweg
ist eine weitere Kupplung vorgesehen, die diesen mit einem weiteren
Element des Hauptradsatzes lösbar
verbindet. Hierbei sind die Kupplungen derart angeordnet, dass der
Innenlamellenträger
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 miteinander gekoppelte 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 gekoppelten 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, mehrgliedrigen Hauptplanetenradsatz durch
selektives Schließen der
verwendeten Schaltelemente derart schaltbar sind, dass zum Umschalten
von einem Gang in den jeweils nächstfolgenden
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 Rückwärtsgang
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 das Sonnenrad des dritten Planetensatzes über die dritte
Bremse mit dem Gehäuse
verbindbar.
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Des
weiteren ist aus der
DE
102 13 820 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 101
15 983 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 101 15
987 der Anmelderin ein Mehrstufengetriebe mit acht Gängen beschrieben.
Dieses Getriebe besteht neben der Antriebswelle und der Abtriebswelle
aus einem schaltbaren Vorschaltradsatz und einem schaltbaren Nachschaltradsatz.
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 gekoppelten Planetenradsätzen. Unter
Verwendung von zwei Leistungswegen und sechs Schaltelementen sind
acht Vorwärtsgänge gruppenschaltungsfrei schaltbar.
Ein 8-Gang-Mehrstufengetriebe ist ferner aus der
DE 29 36 969 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 möglichst
gering gehalten werden. Des weiteren soll die Anzahl der Gänge sowie
die Getriebespreizung erhöht
werden, so dass in vorteilhafter Weise acht Vorwärtsgänge und mindestens ein Rückwärtsgang
realisierbar sind. Außerdem
soll 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 Patentanspruchs 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,
im Folgenden als erster, zweiter und dritter Planetensatz bezeichnet,
mindestens sieben drehbare Wellen – im Folgenden als Antriebswelle,
Abtriebswelle, dritte, vierte, fünfte,
sechste und siebte Welle bezeichnet – sowie zumindest sechs Schaltelemente,
umfassend Bremsen und Kupplungen, vorgesehen, deren selektives Eingreifen
verschiedene Übersetzungsverhältnisse
zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle bewirkt, so dass
vorzugsweise acht Vorwärtsgänge und
mindestens ein Rückwärtsgang
realisierbar sind.
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Hierbei
ist die Antriebswelle ständig
mit dem Sonnenrad des zweiten Planetensatzes verbunden und über eine
Kupplung mit der vierten Welle lösbar verbindbar,
welche ständig
mit dem Steg des ersten Planetensatzes verbunden, über eine
Bremse an das Gehäuse
ankoppelbar und über
eine weitere Kupplung mit der siebten Welle lösbar verbindbar ist. Hierbei
ist die siebte Welle ständig
mit dem Steg des zweiten Planetensatzes verbunden und über eine weitere
Kupplung mit der sechsten Welle lösbar verbindbar, welche ständig mit
dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes und dem Hohlrad des dritten
Planetensatzes verbunden und über
eine weitere Kupplung mit der dritten Welle lösbar verbindbar ist. Gemäß der Erfindung
ist die dritte Welle ständig
mit dem Sonnenrad des dritten Planetensatzes verbunden und über eine
weitere Bremse an das Gehäuse
ankoppelbar. Des weiteren ist die fünfte Welle ständig mit
dem Hohlrad des zweiten Planetensatzes und dem Steg des dritten Planetensatzes
verbunden, wobei die Abtriebswelle ständig mit dem Hohlrad des ersten
Planetensatzes 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 Mehrstufengetriebes, 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 vier 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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Darüber hinaus
ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe ein
guter Wirkungsgrad in den Hauptfahrgängen infolge geringer 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;
so ist es z.B. möglich,
dass Antrieb und Abtrieb auf der gleichen Seite des Gehäuses vorgesehen
sind.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beispielhaft
näher erläutert, wobei
gleiche Bauteile bzw. Bauteile gleicher Funktionsweise auch mit
gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
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2 ein
beispielhaftes Schaltschema für das
erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe
gemäß 1;
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3 ein
Schaltschema mit einer beispielhaften alternativen Übersetzungsreihe
für das
das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe
gemäß 1 und
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4 eine
beispielhafte Anordnungsvariante für das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe
gemäß 1 mit Übersetzungsreihe
gemäß 3.
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe
mit einer Antriebswelle 1 und einer Abtriebswelle 2 dargestellt,
welche in einem Gehäuse
G angeordnet sind. Es sind drei Planetensätze P1, P2, P3 vorgesehen,
welche als Minus-Planetenradsätze ausgebildet
sind und vorzugsweise in der Reihenfolge P3, P2, P1 hintereinander
und auch in Kraftflussrichtung angeordnet sind. Bekanntlich weist
ein Minus-Planetenradsatz Planetenräder auf, die mit Sonnen- und
Hohlrad dieses Planetensatzes kämmen.
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Wie
aus 1 ersichtlich, sind sechs Schaltelemente, nämlich zwei
Bremsen 03 und 04 und vier Kupplungen 14, 36, 47 und 67 vorgesehen.
Vorzugsweise sind die Kupplungen als Lamellenkupplungen ausgebildet.
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Mit
diesen Schaltelementen ist ein selektives Schalten von acht Vorwärtsgängen und
einem Rückwärtsgang
realisierbar. Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe
weist insgesamt sieben drehbare Wellen auf, nämlich die Wellen 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7.
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Erfindungsgemäß ist bei
dem Mehrstufengetriebe gemäß 1 und 2 vorgesehen,
dass der Antrieb durch die Welle 1 erfolgt, welche ständig mit dem
Sonnenrad des zweiten Planetensatzes P2 verbunden und über die
Kupplung 14 mit der Welle 4 lösbar verbindbar ist, welche
ständig
mit dem Steg des ersten Planetensatzes P1 verbunden, über die
Bremse 04 an das Gehäuse
G ankoppelbar und über
die Kupplung 47 mit der Welle 7 lösbar verbindbar
ist. Hierbei ist die Welle 7 ständig mit dem Steg des zweiten
Planetensatzes P2 verbunden und über
die Kupplung 67 mit der Welle 6 lösbar verbindbar,
welche ständig
mit dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes P1 und dem Hohlrad des
dritten Planetensatzes P3 verbunden und über die Kupplung 36 mit
der Welle 3 lösbar
verbindbar ist, die ständig
mit dem Sonnenrad des dritten Planetensatzes P3 verbunden und über die
Bremse 03 an das Gehäuse
G ankoppelbar ist. Des weiteren ist eine Welle 5 vorgesehen, die
ständig
mit dem Hohlrad des zweiten Planetensatzes P2 und dem Steg des dritten
Planetensatzes P3 verbunden ist. Der Abtrieb erfolgt über die
Welle 2, die ständig
mit dem Hohlrad des ersten Planetensatzes P1 verbunden ist.
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Gemäß 1 sind
die Kupplungen 14, 47 und 67 radial betrachtet
im Wesentlichen übereinander
und axial betrachtet im Wesentlichen zwischen dem zweiten und dem
ersten Planetensatz angeordnet. Vorzugsweise ist die Kupplung 14 entlang
der Längsachse
des Getriebes angeordnet. Des weiteren ist die Kupplung 36 axial
betrachtet in Kraftflussrichtung vor dem dritten Planetensatz P3
angeordnet.
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Die
räumliche
Anordnung der Schaltelemente innerhalb des Getriebes kann beliebig
sein und wird nur durch die Abmessungen und die äußere Formgebung des Getriebegehäuses G begrenzt.
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In 2 ist
ein beispielhaftes Schaltschema des ertindungsgemäßen Mehrstufengetriebes
gemäß 1 dargestellt.
Für jeden
Gang werden drei Schaltelemente geschlossen. Dem Schaltschema können auch
beispielhafte Werte für
die jeweiligen Übersetzungen
i der einzelnen Gangstufen und die daraus zu bestimmenden Stufensprünge ϕ entnommen
werden. Die angegebenen Übersetzungen
i ergeben sich aus den (typischen) Standgetriebeübersetzungen der Planetensätze P1,
P2, und P3 von jeweils minus 1,8, minus 2,5 und minus 2,5. Aus 2 wird
ersichtlich, dass bei sequentieller Schaltweise Doppelschaltungen
bzw. Gruppenschaltungen vermieden werden, da zwei benachbarte Gangstufen zwei
Schaltelemente gemeinsam benutzen. Ferner ist der sechste Gang als
direkter Gang ausgebildet.
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Der
erste Gang ergibt sich durch Schließen der Kupplungen 36 und 47 und
der Bremse 04, der zweite Gang durch Schließen der
Bremsen 03 und 04 und der Kupplung 47,
der dritte Gang durch Schließen
der Kupplungen 36 und 47 und der Bremse 03 und
der vierte Gang durch Schließen
der Kupplungen 47 und 67 und der Bremse 03.
Ferner ergibt sich der fünfte
Gang durch Schließen
der Kupplungen 14 und 47 und der Bremse 03,
der sechste Gang durch Schließen
der Kupplungen 14, 47 und 67, der siebte Gang
durch Schließen
der Kupplungen 14 und 67 und der Bremse 03 und
der achte Gang durch Schließen
der Kupplungen 14 und 36 und der Bremse 03. Wie
aus dem Schaltschema ersichtlich, ergibt sich der Rückwärtsgang
durch Schließen
der Bremsen 03 und 04 und der Kupplung 67.
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Gemäß der Erfindung
ist ein Anfahren des Kraftfahrzeugs mit einem im Getriebe integrierten Schaltelement
möglich.
Hierbei ist ein Scheltelement besonders geeignet, das im ersten
Gang und im Rückwärtsgang
benötigt
wird, hier also vorzugsweise die Bremse 04.
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Gemäß der Erfindung
können
sich auch bei gleichem Getriebeschema, je nach Standgetriebeübersetzung
der jeweiligen Planetensätze,
unterschiedliche Gangsprünge
ergeben, so dass eine anwendungs- bzw. fahrzeugspezifische Variation
ermöglicht
wird. Dies wird anhand einem Beispiel nachfolgend näher verdeutlicht.
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So
zeigt 3 ein Schaltschema mit einer beispielhaften alternativen Übersetzungsreihe
für das
das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe
gemäß 1.
Dabei ergeben sich die in 3 angegebenen Übersetzungen
i aus den Standgetriebeübersetzungen
der Planetensätze
P1, P2, und P3 von jeweils minus 2,2, minus 2,8 und minus 1,7. In
vorteilhafter Weise ist gegenüber 2 einerseits
die Gesamtsspreizung vergrößert, andererseits
ist auch die Gangsprungreihe etwas harmonischer. Gegenüber 2 zusätzlich ist – neben
dem schon aus 2 bekannten Rückwärtsgang
R1, der sich durch gleichzeitiges Schließen der Schaltelemente 03, 04 und 67 ergibt – auch ein
zweiter Rückwärtsgang
R2 mit sinnvoller Übersetzung
schaltbar, wobei in diesem zweiten Rückwärtsgang die Schaltelemente 04, 36 und 67 gleichzeitig
geschlossen sind. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die besonderen
Standgetriebeübersetzungen
(P1 minus 2,2; P2 minus 2,8; P3 minus 1,7). Dadurch, dass im vorliegenden
Fall die Standübersetzung
des dritten Planetensatzes P3 betragsmäßig hinreichend klein und gleichzeitig
die Standübersetzung
des ersten Planetensatzes P1 betragsmäßig hinreichend groß ist, ist
die Voraussetzung für eine
baulängensparende
radiale Verschachtelung des ersten und dritten Planetensatzes P1,
P3 gegeben: Die Standübersetzung
des Planetensatzes P1 im Bereich von minus 2,2 ermöglicht ein
Sonnenrad mit vergleichs weise großem Durchmesser, ohne dass
die Planetenräder
dieses Planetensatzes P1 mit zu hohen Drehzahlen rotieren; die Standübersetzung
des Planetensatzes P3 im Bereich von minus 1,7 ermöglicht ein
Hohlrad mit vergleichsweise kleinem Durchmesser, ohne dass das Sonnenrad
dieses Planetensatzes P3 vom Durchmesser her zu klein wird, um die
geforderten Drehmomente übertragen zu
können.
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So
ist in 4 eine beispielhafte Anordnungsvariante für das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe
gemäß 1 mit Übersetzungsreihe
gemäß 3 dargestellt.
Wie bereits zuvor angedeutet, sind bei dieser Anordnungsvariante
der erste und dritte Planetensatz P1, P3 in axialer Richtung gesehen
in einer Ebene radial übereinander
angeordnet bzw. radial ineinandergeschachtelt, derart, dass der dritte
Planetensatz P3 zentrisch innerhalb des ersten Planetensatzes P1
angeordnet ist. Dabei bildet das Hohlrad H3 des radial inneren Planetensatzes
P3 gleichzeitig das Sonnenrad S1 des radial äußeren Planetensatzes P1. Entsprechend
dem Radsatzschema sind Hohlrad H3 und Sonnerad S1 als Welle 6 einerseits über die
Kupplung 67 mit der Welle 7 des Getriebes (Steg
des Planetensatzes P2) und andererseits über die Kupplung 36 mit
der Welle 3 des Getriebes (Sonnenrad des Planetensatzes
P3) verbindbar.
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Die
Radsatzgruppe mit den beiden radial ineinandergeschachtelten Planetensätzen P1,
P3 ist räumlich
gesehen auf der Seite des zweiten Planetensatzes P2 angeordnet,
die einem in 3 nicht nähre dargestellten Antriebsmotor
des Getriebes gegenüber
liegt. Antrieb und Abtrieb des Getriebes sind beispielhaft nicht
koaxial zueinander, sondern achsparallel zueinander angeordnet,
wobei der entsprechende mit der Welle 2 verbundene Stirntrieb
in 4 zur Vereinfachung nicht näher dargestellt ist. Diese
Anordnung ermöglicht
einen ausgesprochen kompakten Getriebeaufbau mit sehr kurzer axialen Baulänge und
eignet sich besonders für
den Einbau in ein Kraftfahrzeug mit soge nanntem Front-Quer-Antrieb,
also mit quer zur Fahrtrichtung eingebautem Antriebsmotor.
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Selbstverständlich können Antrieb
und Abtrieb des Getriebes in einer anderen Ausgestaltung des Getriebes
auch winklig zueinander angeordnet sein, beispielsweise indem die
Welle 2 über
einen Kegeltrieb oder Winkeltrieb aus dem Getriebegehäuse G geführt wird.
In noch einer anderen Ausgestaltung des Getriebes kann auch vorgesehen
sein, dass Antrieb und Abtrieb des Getriebes koaxial zueinander
angeordnet sind, wobei dann des Abtrieb des Getriebes zweckmäßigerweise
auf des Seite des zweiten Planetensatzes P2 angeordnet ist, die
dem ersten und dritten Planetensatz P1, P3 gegenüberliegt und die Welle 2 des
Getriebes in ihrem axialen Verlauf den zweiten Planetensatz P2 und
die drei Kupplungen 14, 47 und 67 in
axialer und radialer Richtung übergreift,
und wobei dann der Antrieb des Getriebes auf des Seite der radial
ineinander verschachtelten Planetensätze P1, P3 angeordnet ist,
die dem zweiten Planetensatz P2 gegenüber liegt und die Welle 1 des
Getriebes in ihrem axialen Verlauf den Planetensatz P3 zentrisch
durchdringt.
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Logischerweise
ergibt sich durch die verschachtelte Anordnung der beiden Planetensätze P1,
P3 auch eine gegenüber 1 andere
günstige räumliche
Anordnung der sechs Schaltelemente 03, 04, 14, 36, 47, 67 innerhalb
des Getriebegehäuses
G relativ zu den Planetensätzen
P1, P2, P2 und relativ zueinander. So ist aus 4 ersichtlich,
dass die drei Kupplungen 14, 47 und 67 nunmehr
auf der Seite des zweiten Planetensatzes P2 angeordnet sind, die
der radial verschachtelten Radsatzgruppe P1/P3 gegenüberliegt
bzw. dem Antrieb des Getriebes zugewandt ist, wohingegen die Kupplung 36 und
die beiden Bremsen 03, 04 auf der Seite der radial
verschachtelten Radsatzgruppe P1/P3 angeordnet sind, die dem zweiten
Planetensatz P2 bzw. dem Antrieb des Getriebes gegenüber liegt.
Selbstverständlich
ist dabei die in 4 dargestellte räumliche
Anordnung und angedeutete konstruktive Ausführung der Schaltelemente als
beispielhaft anzusehen; der Fachmann wird sowohl die konstruktive
Ausführung
räumliche Anordnung
der einzelnen Schaltelemente bei Bedarf modifizieren und den vorgegebenen
Randbedingungen – wie
verfügbarer
Einbauraum und bevorzugte Anordnung der Servoeinrichtung der jeweiligen Schaltelemente – anpassen.
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Bei
beiden dargestellten erfindungsgemäßen Mehrstufengetrieben ist
es 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 Antriebsseite 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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- 1
- Welle
- 2
- Welle
- 3
- Welle
- 4
- Welle
- 5
- Welle
- 6
- Welle
- 7
- Welle
- 03
- zweite
Bremse
- 04
- erste
Bremse
- 14
- erste
Kupplung
- 36
- vierte
Kupplung
- 47
- zweite
Kupplung
- 67
- dritte
Kupplung
- P1
- erster
Planetensatz
- P2
- zweiter
Planetensatz
- P3
- dritter
Planetensatz
- H3
- Hohlrad
des dritten Planensatzes
- S1
- Sonnenrad
des ersten Planetensatzes
- i
- Übersetzung
- ϕ
- Stufensprung
- G
- Gehäuse