DE102006016189A1

DE102006016189A1 - Mehrstufengetriebe

Info

Publication number: DE102006016189A1
Application number: DE102006016189A
Authority: DE
Inventors: Michael Kamm; Gabor Diosi; Josef Haupt; Gerhard Gumpoltsberger; Peter Ziemer; Martin Dr. Brehmer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2006-04-06
Filing date: 2006-04-06
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2026-04-07
Also published as: US20080015080A1; US7635315B2; DE102006016189B4

Abstract

Das 8-Gang-Getriebe umfasst eine Antriebswelle (AN), eine Abtriebswelle (AB), vier Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3, RS4), acht drehbare Wellen (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) und fünf Schaltelemente (A, B, C, D, E). Ein Steg (ST4) des vierten Planetenradsatzes (RS4) und die Antriebswelle (AN) sind als erste Welle (1) miteinander verbunden. Ein Steg (ST3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) und die Abtriebswelle (AB) sind als zweite Welle (2) miteinander verbunden. Ein Sonnenrad (SO1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) und ein Sonnenrad (SO4) des vierten Planetenradsatzes (RS4) sind als dritte Welle (3) miteinander verbunden. Ein Steg (ST1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) bildet die vierte Welle (4). Ein Sonnerad (SO3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) bildet die fünfte Welle (5). Ein Hohlrad (HO1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) und ein Steg (ST2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) und ein Hohlrad (HO3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) sind als sechste Welle (6) miteinander verbunden. Ein Sonnenrad (SO2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) und ein Hohlrad (HO4) des vierten Planetenradsatzes (RS4) sind als siebte Welle (7) miteinander verbunden. Ein Hohlrad (HO2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) bildet die achte Welle (8). Das erste Schaltelement (A) ist im Kraftfluss zwischen der dritten Welle (3) und einem Gehäuse (GG) des Getriebes angeordnet, das zweite Schaltelement (B) im Kraftfluss zwischen der vierten Welle (4) und dem Gehäuse (GG), das dritte ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere ein Automatgetriebe für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, vier Planetenradsätze, mindestens acht drehbare Wellen, sowie fünf Schaltelemente, deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle bewirkt, sodass acht Vorwärtsgänge und zumindest ein Rückwärtsgang realisierbar sind.
Automatgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, umfassen nach dem Stand der Technik Planetenradsätze, 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.
Im Rahmen der DE 101 15 983 A1 der Anmelderin beispielsweise 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 schaltbaren oder nicht schaltbaren Planetenradsatz oder aus maximal zwei nicht schaltbaren, miteinander gekoppelten Planetenradsätzen gebildet. Der Nachschaltsatz ist als Zweisteg-Vierwellen-Getriebe mit zwei schaltbaren Planetenradsätzen ausgebildet und weist vier freie Wellen auf. 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 und die erste freie Welle zusätzlich mit einem siebten Schaltelement zu verbinden.
Mehrere andere Mehrstufengetriebe sind beispielsweise auch aus der DE 101 15 995 A1 der Anmelderin bekannt, bei denen vier schaltbare, miteinander gekoppelte Planetenradsätze und sechs oder sieben reibschlüssige Schaltelemente vorgesehen sind, durch deren selektives Schließen eine Drehzahl einer Antriebswelle des Getriebes derart auf eine Abtriebswelle des Getriebes übertragbar ist, dass neun oder elf Vorwärtsgänge und zumindest ein Rückwärtsgang schaltbar sind. Je nach Getriebeschema sind in jedem Gang zwei oder drei Schaltelemente geschlossen, wobei bei einem Wechsel von einem Gang in den jeweils nächstfolgend höheren oder nächstfolgend niedrigeren Gang zur Vermeidung von Gruppenschaltungen jeweils nur ein geschlossenes Schaltelement geöffnet und ein zuvor nicht geschlossenes Schaltelement zugeschaltet wird.
Ferner wird in der gattungsgemäßen, nicht vorveröffentlichen Patentanmeldung DE 10 2005 00 23 37.1 der Anmelderin ein Mehrstufengetriebe mit einer Antriebswelle, einer Abtriebswelle, vier miteinander gekoppelten einzelnen Planetenradsätzen und fünf Schaltelementen vorgeschlagen, bei dem acht Vorwärtsgänge gruppenschaltungsfrei schaltbar sind, also derart, dass bei einem Wechsel von einem Vorwärtsgang in den nächstfolgend höheren oder niedrigeren Vorwärtsgang jeweils nur eines der zuvor geschlossenen Schaltelemente geöffnet und nur eines der zuvor geöffneten Schaltelemente geschlossen wird. Das Mehrstufengetriebe weist auch einen Rückwärtsgang auf. In allen Vorwärtsgängen und im Rückwärtsgang sind jeweils drei Schaltelemen te geschlossen. Hinsichtlich der kinematischen Koppelung der vier Planetenradsätze untereinander und zur Antriebs- und Abtriebswelle ist vorgesehen, dass ein Steg des vierten Planetenradsatzes und die Antriebswelle miteinander verbunden sind und eine erste Welle des Getriebes bilden, ein Steg des dritten Planetenradsatzes und die Abtriebswelle miteinander verbunden sind und eine zweite Welle des Getriebes bilden, ein Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes und ein Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes miteinander verbunden sind und eine dritte Welle des Getriebes bilden, ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes eine vierte Welle des Getriebes bildet, ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes und ein Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes miteinander verbunden sind und eine fünfte Welle des Getriebes bilden, ein Steg des ersten Planetenradsatzes und ein Hohlrad des dritten Planetenradsatzes miteinander verbunden sind und eine sechste Welle des Getriebes bilden, ein Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes und ein Hohlrad des vierten Planetenradsatzes miteinander verbunden sind und eine siebte Welle des Getriebes bilden und ein Steg des zweiten Planetenradsatzes eine achte Welle des Getriebes bildet. Hinsichtlich der kinematischen Koppelung der fünf Schaltelemente an die vier Planetenradsätze und an Antriebs- und Abtriebswelle ist vorgesehen, dass das erste Schaltelement im Kraftfluss zwischen der dritten Welle und einem Gehäuse des Getriebes, das zweite Schaltelement zwischen der vierten Welle und dem Gehäuse des Getriebes, das dritte Schaltelement zwischen der ersten und fünften Welle, das vierte Schaltelement entweder zwischen der achten und zweiten Welle oder zwischen der achten und sechsten Welle, sowie das fünfte Schaltelement entweder zwischen der siebten und fünften Welle oder zwischen der siebten und achten oder zwischen der fünften und achten Welle angeordnet ist.
Automatisch schaltbare Fahrzeuggetriebe in Planetenbauweise im Allgemeinen sind im Stand der Technik also 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.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehrstufengetriebe der eingangs genannten Art mit zumindest acht gruppenschaltungsfrei schaltbaren Vorwärtsgängen und zumindest einem Rückwärtsgang vorzuschlagen, bei dem unter Verwendung von insgesamt vier Planetenradsätzen eine möglichst geringe Anzahl an Schaltelementen benötigt wird. Zudem soll das Getriebe eine große Spreizung bei vergleichsweise harmonischer Gangabstufung aufweisen und zumindest in den Hauptfahrgängen einen günstigen Wirkungsgrad – also vergleichsweise geringe Schlepp- und Verzahnungsverluste – aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Mehrstufengetriebe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise geht aus von dem Getriebeschema der gattungsgemäßen Patentanmeldung DE 10 2005 00 23 37.1 der Anmelderin aus und weist eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, vier miteinander gekoppelte Planetenradsätze, mindestens acht drehbare Wellen sowie fünf Schaltelemente (zwei Bremsen und drei Kupplungen) auf, deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle bewirkt, so dass acht Vor wärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar sind. In jedem Gang sind jeweils drei der fünf Schaltelemente geschlossen, wobei bei einem Wechsel von einem Vorwärtsgang in den nächstfolgend höheren oder niedrigeren Vorwärtsgang jeweils nur eines der zuvor geschlossenen Schaltelemente geöffnet und nur eines der zuvor geöffneten Schaltelemente geschlossen wird.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass

• ein Steg des vierten Planetenradsatzes und die Antriebswelle ständig miteinander verbunden sind und die erste Welle des Getriebes bilden,
• ein Steg des dritten Planetenradsatzes und die Abtriebswelle ständig miteinander verbunden sind und die zweite Welle des Getriebes bilden,
• ein Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes und ein Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes ständig miteinander verbunden sind und die dritte Welle des Getriebes bilden,
• ein Steg des ersten Planetenradsatzes die vierte Welle des Getriebes bildet,
• ein Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes die fünfte Welle des Getriebes bildet,
• ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und ein Steg des zweiten Planetenradsatzes und ein Hohlrad des dritten Planetenradsatzes ständig miteinander verbunden sind und die sechste Welle des Getriebes bilden,
• ein Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes und ein Hohlrad des vierten Planetenradsatzes ständig miteinander verbunden sind und die siebte Welle des Getriebes bilden,
• ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes die achte Welle des Getriebes bildet,
• das erste Schaltelement im Kraftfluss zwischen der dritten Welle und einem Gehäuse des Getriebes angeordnet ist,
• das zweite Schaltelement im Kraftfluss zwischen der vierten Welle und dem Gehäuse des Getriebes angeordnet ist,
• das dritte Schaltelement im Kraftfluss zwischen der ersten und fünften Welle des Getriebes angeordnet ist,
• das vierte Schaltelement im Kraftfluss zwischen der zweiten und achten Welle des Getriebes angeordnet ist, und
• das fünfte Schaltelement im Kraftfluss zwischen der fünften und der siebten Welle des Getriebes angeordnet ist.

Von dem gattungsgemäßen Mehrstufengetriebe gemäß der DE 10 2005 00 23 37.1 unterscheidet sich das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe also dadurch, dass die vierte Welle des Getriebes nunmehr durch den Steg des ersten Planetenradsatzes gebildet wird, dass die fünfte Welle des Getriebes nunmehr durch das Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes gebildet wird, dass nunmehr das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und der Steg des zweiten Planetenradsatzes und das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes als sechste Welle des Getriebes miteinander verbunden sind, und dass nunmehr das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes die achte Welle des Getriebes bildet.
Wie bei dem gattungsgemäßen Mehrstufengetriebe gemäß der DE 10 2005 00 23 37.1 gilt auch für das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe, dass sich der erste Vorwärtsgang durch Schließen des ersten, zweiten und dritten Schaltelementes, der zweite Vorwärtsgang durch Schließen des ersten, zweiten und fünften Schaltelementes, der dritte Vorwärtsgang durch Schließen des zweiten, dritten und fünften Schaltelementes, der vierte Vorwärtsgang durch Schließen des zweiten, vierten und fünften Schaltelementes, der fünfte Vorwärtsgang durch Schließen des zweiten, dritten und vierten Schaltelementes, der sechste Vorwärtsgang durch Schließen des dritten, vierten und fünften Schaltelementes, der siebte Vorwärtsgang durch Schließen des ersten, dritten und vierten Schaltelementes, der achte Vorwärtsgang durch Schließen des ersten, vierten und fünften Schaltelementes und der Rückwärtsgang durch Schließen des ersten, zweiten und vierten Schaltelementes ergibt.
Drei der vier Planetenradsätze sind als so genannte Minus-Planetenradsätze ausgeführt, deren jeweilige Planetenräder mit Sonnenrad und Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes kämmen. Einer der vier Planetenradsätze – konkret der erste Planetenradsatz – ist als so genannter Plus-Planetenradsatz mit miteinander kämmenden inneren und äußeren Planetenrädern ausgeführt, wobei diese inneren Planetenräder auch mit dem Sonnenrad dieses Plus-Planetenradsatzes kämmen, und wobei diese äußeren Planetenräder auch mit dem Hohlrad dieses Plus-Planetenradsatzes kämmen. Hinsichtlich der räumlichen Anordnung der vier Planetenradsätze im Gehäuse des Getriebes wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgeschlagen, die vier Planetenradsätze koaxial zueinander nebeneinander in einer Reihenfolge „erster, vierter, zweiter, dritter Planetenradsatz" anzuordnen.
Die räumliche Anordnung der Schaltelemente des erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes innerhalb deren Getriebegehäuse ist im Prinzip nur durch die Abmessungen und die äußere Formgebung des Getriebegehäuses begrenzt. Zahlreiche Anregungen hinsichtlich der räumliche Anordnung und konstruktiver Ausgestaltung der Schaltelemente sind beispielsweise der gattungsgemäßen Patentanmeldung DE 10 2005 00 23 37.1 entnehmbar.
So kann beispielsweise in einer für einen Standardantrieb günstigen Variante hinsichtlich der Schaltelement-Anordnung vorgesehen sein, dass das erste und das zweite Schaltelement räumlich gesehen zumindest teilweise in einem Bereich radial oberhalb des ersten oder vierten Planetenradsatzes angeordnet sind, und dass das dritte und fünfte Schaltelement räumlich gesehen zumindest teilweise in einem Bereich axial zwischen dem vierten und zweiten Planetenradsatz angeordnet sind, und dass das vierte Schaftelement zumindest teilweise in einem Bereich axial zwischen dem zweiten und dritten Planetenradsatz angeordnet ist. Als günstige konstruktive Ausgestaltung kann für das dritte und fünfte Schaltelement ein gemeinsamer Lamellenträger vorgesehen sein. Räumlich gesehen können das dritte und fünfte Schaltelement zumindest teilweise axial nebeneinander oder zumindest teilweise radial übereinander angeordnet sein. Räumlich gesehen können auch das erste und zweite Schaltelement zumindest teilweise axial nebeneinander oder zumindest teilweise radial übereinander angeordnet sein.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Mehrstufengetriebes ergeben sich insbesondere für Personenkraftwagen geeignete Übersetzungen mit großer Gesamtspreizung in harmonischer Gangabstufung. Darüber hinaus wird mit dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe durch eine geringe Anzahl an Schaltelementen, nämlich zwei Bremsen und drei Kupplungen, der Bauaufwand vergleichsweise gering. Zudem ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe in allen Gängen ein guter Wirkungsgrad einerseits infolge geringer Schleppverluste, da in jedem Gang jeweils nur zwei Schaltelemente nicht im Eingriff sind, andererseits auch infolge geringer Verzahnungsverluste in den einfach aufgebauten Einzel-Planetenradsätzen.
Darüber hinaus ist es mit dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe in vorteilhafter Weise möglich, ein Anfahren mit einem hydrodynamischen Wandler, einer externen Anfahrkupplung oder auch mit sonstigen geeigneten externen Anfahrelementen durchzuführen. Es ist auch denkbar, den Anfahrvorgang mit einem im Getriebe integrierten Anfahrelement zu ermöglichen. Vorzugsweise eignet sich hierfür eine der beiden Bremsen, die im ersten und zweiten Vorwärtsgang und im Rückwrärtsgang betätigt wird.
Außerdem ist das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe derart konzipiert, dass eine Anpassbarkeit an unterschiedliche Triebstrangausgestaltungen sowohl in Kraftflussrichtung als auch in räumlicher Hinsicht ermöglicht wird. So ist es beispielsweise ohne besondere konstruktive Maßnahmen möglich, Antrieb und Abtrieb des Getriebes wahlweise koaxial oder achsparallel zueinander anzuordnen.
Für eine Anwendung mit koaxial zueinander verlaufender Antriebs- und Abtriebswelle ist es beispielsweise zweckmäßig, dass der erste Planetenradsatz der dem Antrieb des Getriebes zugewandte Planetenradsatz der erfindungsgemäßen Planetenradsatzgruppe ist. Je nach räumlicher Anordnung der fünf Schaltelemente innerhalb des Getriebegehäuses kann dabei vorgesehen sein, dass alle vier Planetenradsätze in vorteilhafter Weise jeweils höchstens von einer Welle des Getriebes in axialer Richtung zentrisch durchgriffen werden. So wird in Verbindung mit einer Schaltelementanordnung, bei der die vier Planetenradsätze koaxial zueinander nebeneinander in der Reihenfolge „erster, vierter, zweiter, dritter Planetenradsatz" angeordnet sind, das erste und zweite Schaltelement antriebsnah im Bereich radial oberhalb des ersten oder vierten Planetenradsatzes angeordnet sind, bei der das dritte und fünfte Schaltelement zumindest teilweise in einem Bereich axial zwischen dem vierten und zweiten Planetenradsatz angeordnet sind, und bei der das vierte Schaltelement zumindest teilweise in einem Bereich axial zwischen dem zweiten und dritten Planetenradsatz angeordnet ist, der erste und vierte Planetenradsatz nur von der ersten Welle des Getriebes in axialer Richtung zentrisch durchgriffen, während der zweite Planetenradsatz nur von der fünften Welle des Getriebes in axialer Richtung zentrisch durchgriffen wird und der dritte Planetenradsatz in axialer Richtung von keiner Welle des Getriebes zentrisch durchgriffen werden muss. Entsprechend einfach ist die konstruktive Ausbildung der Druck- und Schmiermittelzufuhr zu den Servoeinrichtungen der einzelnen Schaltelemente.
Für eine Anwendung mit achsparallel oder winklig zueinander verlaufender Antriebs- und Abtriebswelle kann der erste oder der dritte Planetenradsatz auf der Seite des Getriebegehäuses angeordnet sein, die dem mit der Antriebswelle wirkverbundenen Antriebsmotor des Getriebes zugewandt ist. Ist der erste Planetenradsatz dem Antrieb des Getriebes zugewandt, so kann – wie bei der koaxialen Anordnung von Antriebs- und Abtriebswelle – je nach räumlicher Anordnung der fünf Schaltelemente innerhalb des Getriebegehäuses – vorgesehen sein, dass alle vier Planetenradsätze jeweils höchstens von einer Welle des Getriebes in axialer Richtung zentrisch durchgriffen werden: der erste und vierte Planetenradsatz nur von der ersten Welle des Getriebes, der zweite Planetenradsatz nur von der fünften Welle des Getriebes.
Ist in Verbindung mit nicht koaxial zueinander angeordnetem An- und Abtrieb hingegen der dritte Planetenradsatz dem Antrieb des Getriebes zugewandt, so müssen der erste und vierte Planetenradsatz von keiner Welle des Getriebes in axialer Richtung zentrisch durchgriffen werden. In Verbindung mit der oben genannten Anordnung des dritten und fünften Schaltelementes axial zwischen dem zweiten und vierten Planetenradsatz und des vierten Schaltelementes axial zwischen dem zweiten und dritten Planenetradsatz beispielsweise wird der zweite Planetenradsatz sowohl von der fünften Welle des Getriebes als auch von der ersten Welle des Getriebes, welche abschnittsweise zentrisch innerhalb dieser fünften Welle verläuft, in axialer Richtung zentrisch durchgriffen, während der dritte Planetenradsatz in axialer Richtung nur von der ersten Welle zentrisch durchgriffen wird.
In allen Fällen kann die dritte Welle des Getriebes, die abschnittsweise durch die Sonnenräder des ersten und vierten Planetenradsatzes gebildet wird, an einer getriebegehäusefesten Nabe verdrehbar gelagert sein. Ist der erste Planetenradsatz dem Antrieb des Getriebes zugewandt, so ist diese genannte gehäusefest Nabe Bestandteil der antriebsseitigen Getriebegehäusewand, andernfalls Bestandteil der dem Antriebsmotor gegenüberliegenden Getriebegehäusewand.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Gleiche bzw. vergleichbare Bauteile sind dabei auch mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein Mehrstufengetriebe gemäß der Erfindung;
2 ein beispielhaftes Schaltschema für das Mehrstufengetriebe gemäß 1;
1 zeigt nun ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe, in schematischer Darstellung. Das Getriebe umfasst eine Antriebswelle AN und eine Abtriebswelle AB, sowie vier Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 und fünf Schaltelemente A, B, C, D, E, die alle in einem Gehäuse GG des Getriebes angeordnet sind. Die vier Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 sind in diesem Ausführungsbeispiel in axialer Richtung in der Reihenfolge „RS1, RS4, RS2, RS3" koaxial hintereinander angeordnet. Die Planetenradsätze RS2, RS3 und RS4 sind als einfache Minus-Planetenradsätze ausgebildet. Ein Minus-Planetenradsatz weist bekanntlich Planetenräder auf, die mit Sonnen- und Hohlrad dieses Planetensatzes kämmen. Die Hohlräder Planetenradsätze RS2, RS3, RS4 sind mit HO2, HO3 und HO4 bezeichnet, die Sonnenräder mit SO2, SO3 und SO4, die Planetenräder mit PL2, PL3 und PL4, und die Stege, an denen die genannten Planetenräder rotierbar gelagert sind, mit ST2, ST3 und ST4. Der Planetenradsatz RS1 ist als einfacher Plus-Planetenradsatz in Doppelplanetenbauweise ausgebildet. Ein Plus-Planetenradsatz weist bekanntlich miteinander kämmende innere und äußere Planetenräder auf, wobei diese inneren Planetenräder auch mit dem Sonnenrad dieses Planetensatzes kämmen, und wobei diese äußeren Planetenräder auch mit dem Hohlrad dieses Planetensatzes kämmen. Das Hohlrad des Planetenradsatzes RS1 ist mit HO1 bezeichnet, das Sonnenrad mit SO1, die inneren Planetenräder mit PL1i, die äußeren Planetenräder mit PL1a, der Steg, an dem die inneren und äußeren Planetenräder PL1i, PL1a rotierbar gelagert sind, mit ST1. Die Schaltelemente A und B sind als Bremsen ausgebildet, die im dargestellten Ausführungsbeispiel beide als reibschlüssig schaltbare Lamellenbremse ausgeführt sind, selbstverständlich in einer anderen Ausgestaltung auch als reibschlüssig schaltbare Bandbremse oder beispielsweise auch als formschlüssig schaltbare Klauen- oder Konusbremse ausgeführt sein können. Die Schaltelemente C, D und E sind als Kupplungen ausgebildet, die im dargestellten Ausführungsbeispiel alle als reibschlüssig schaltbare Lamellenkupplung ausgeführt sind, selbstverständlich in einer anderen Ausgestaltung beispielsweise auch als formschlüssig schaltbare Klauen- oder Konuskupplung ausgeführt sein können. Mit diesen fünf Schaltelementen A bis E ist ein selektives Schalten von acht Vorwärtsgängen und zumindest einem Rückwärtsgang realisierbar. Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe weist insgesamt zumindest acht drehbare Wellen auf, die mit 1 bis 8 bezeichnet sind.
Hinsichtlich der kinematischen Kopplung der einzelnen Elemente der vier Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 untereinander und zur Antriebs- und Abtriebswelle AN, AB ist folgendes vorgesehen: Der Steg ST4 des vierten Planetenradsatzes RS4 und die Antriebswelle AN sind ständig miteinander verbunden und bilden die Welle 1. Der Steg ST3 des dritten Planetenradsatzes RS3 und die Abtriebswelle AB sind ständig miteinander verbunden und bilden die Welle 2. Die Sonnenräder SO1, SO4 des ersten und vierten Planetenradsatzes RS1, RS4 sind ständig miteinander verbunden und bilden die Welle 3. Der gekoppelte Steg ST1 des ersten Planetenradsatzes RS1 bildet die Welle 4. Das Sonnenrad SO3 des dritten Planetenradsatzes RS3 bildet die Welle 5. Das Hohlrad HO1 des ersten Planetenradsatzes RS1, der Steg ST2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 und das Hohlrad HO3 des dritten Planetenradsatzes RS3 sind ständig miteinander verbunden und bilden die Welle 6. Das Hohlrad HO4 des vierten Planetenradsatzes RS4 und das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 sind ständig miteinander verbunden und bilden die Welle 7. Das Hohlrad HO2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 bildet die Welle 8.
Hinsichtlich der kinematischen Kopplung der fünf Schaltelemente A bis E an die so beschriebenen Wellen 1 bis 8 des Getriebes ist bei dem Mehrstufengetriebe gemäß 1 folgendes vorgesehen: Die Bremse A als erstes Schaltelement ist im Kraftfluss zwischen der Welle 3 und einem Gehäuse GG des Getriebes angeordnet. Die Bremse B als zweites Schaltelement ist im Kraftfluss zwischen der Welle 4 und dem Gehäuse GG angeordnet. Die Kupplung C als drittes Schaltelement ist im Kraftfluss zwischen der Welle 1 und der Welle 5 angeordnet. Die Kupplung D als viertes Schaltelement ist im Kraftfluss zwischen der Welle 2 und der Welle 8 angeordnet. Die Kupplung E als fünftes Schaltelement ist im Kraftfluss zwischen der Welle 5 und der Welle 7 angeordnet.
In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erste Planetenradsatz RS1 der antriebsnahe Radsatz des Getriebes und der dritte Planetenradsatz RS3 der abtriebsnahe Radsatz des Getriebes, wobei Antriebswelle AN und Abtriebswelle AB beispielhaft koaxial zueinander angeordnet sind. Dem Fachmann ist leicht ersichtlich, dass dieses Getriebe ohne besonderen Aufwand derart modifizierbar ist, dass Antriebs- und Abtriebswelle nicht mehr koaxial zueinander angeordnet sind, beispielsweise achsparallel oder winklig zueinander. Bei einer derartigen Anordnung wird der Fachmann bei Bedarf auch den Antrieb des Getriebes nahe dem dritten Planetenradsatz RS3, also auf der dem ersten Planetenradsatz RS1 abgewandten Seite des dritten Planetenradsatzes RS3 anordnen.
Im Prinzip kann die räumliche Anordnung der Schaltelemente des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes innerhalb des Getriebes beliebig sein und wird nur durch die Abmessungen und die äußere Formgebung des Getriebegehäuses GG begrenzt.
In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Bremsen A, B räumlich gesehen im Bereich des hier antriebsnahen ersten Planetenradsatzes RS1 angeordnet, dabei axial nebeneinander, wobei die kinematische Anbindung der beiden Bremsen A, B an den ersten Planetenradsatz RS1 bedingt, dass die Bremse B näher an dem zum ersten Planetenradsatz RS1 benachbarten vierten Planetenradsatz RS4 angeordnet ist als die Bremse A, bzw. dass die Bremse A näher am Antrieb des Getriebes angeordnet ist als die Bremse B. Räumlich gesehen ist die Bremse B zumindest teilweise in einem Bereich radial über dem ersten Planetenradsatz RS1 angeordnet und die Bremse A entsprechend auf der dem vierten Planetenradsatz RS4 abgewandten (antriebsnahen) Seite des ersten Planetenradsatzes RS1. Ein Innenlamellenträger der Bremse A bildet einen Abschnitt der Welle 3 des Getriebes und ist auf der dem vierten Planetenradsatz RS4 abgewandten Seite des ersten Planetenradsatzes RS1 mit dessen Sonnenrad SO1 verdrehfest verbunden. Abschnittsweise ist die Welle 3 als eine Art Sonnenwelle ausgebildet, welche die Sonnenräder SO1, SO4 der Planetenradsätze RS1, RS4 miteinander verbindet. Dabei kann die Welle 3 sowohl an der Antriebswelle AN als auch an einer (in 1 nicht näher dargestellten) getriebegehäusefesten Nabe verdrehbar gelagert sein. Ein Innenlamellenträger der Bremse B bildet einen Abschnitt der Welle 4 des Getriebes und ist mit dem gekoppelten Steg ST1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verdrehfest verbunden. Die zur Betätigung der Reibelemente der beiden Bremsen A, B notwendigen Servoeinrichtungen sind in 1 zur Vereinfachung nicht näher dargestellt und können beispielsweise im Getriebegehäuse GG oder einem getriebegehäusefesten Gehäusedeckel integriert bzw. axial verschiebbar gelagert sein.
Der Fachmann wird diese beispielhafte räumliche Anordnung der beiden Bremsen A, B bei Bedarf ohne besonderen erfinderischen Aufwand modifizieren. So kann die Bremse A beispielsweise auch zumindest teilweise radial über dem ersten Planetenradsatz RS1 und die Bremse B zumindest teilweise radial über dem vierten Planetenradsatz RS4 angeordnet sein. In noch einer anderen Ausgestaltung können die beiden Bremsen A, B beispielsweise auch in radial übereinander axial angrenzend an den ersten Planetenradsatz RS1 auf dessen dem vierten Planetenradsatz RS4 abgewandten Seite angeordnet sein, wobei dann die Bremse B dann beispielsweise auf einem größeren Durchmesser angeordnet ist als die Bremse A.
Wie aus 1 weiterhin ersichtlich, sind zumindest die Lamellenpakete der Kupplungen C und E räumlich gesehen in einem Bereich axial zwischen dem vierten und zweiten Planetenradsatz RS4, RS2 angeordnet, während zumindest das Lamellenpaket der Kupplung D räumlich gesehen in einem Bereich axial zwischen dem zweiten und dritten Planetenradsatz RS2, RS3 angeordnet ist. Die zur Betätigung dieser Lamellenpakete notwendigen Servoeinrichtungen der drei Kupplungen C, D, E sind in 1 zur Vereinfachung nicht näher dargestellt.
Die Kupplung C grenzt axial unmittelbar an den vierten Planetenradsatz RS4 an. Dabei ist ein Außenlamellenträger der Kupplung C auf der dem vierten Planetenradsatz RS4 zugewandten Seite des Lamellenpaketes der Kupplung C mit dem Steg ST4 des vierten Planetenradsatzes RS4 und mit der Antriebswelle AN verdrehfest verbunden und kann daher auch als ein Abschnitt der Welle 1 des Getriebes bezeichnet werden. Ein Innenlamellenträger der Kupplung C ist mit dem Sonnenrad SO3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verdrehfest verbunden und kann daher auch als ein Abschnitt der Welle 5 des Getriebes bezeichnet werden. Die zur Betätigung des Lamellenpaketes der Kupplung C notwendige Servoeinrichtung kann beispielsweise innerhalb des Zylinderraums angeordnet sein, der durch den Außenlamellenträger der Kupplung C gebildet wird, kann an diesem Außenlamellenträger der Kupplung C axial verschiebbar gelagert sein und rotiert dann ständig mit Drehzahl der Welle 1 bzw. der Antriebswelle. Zum Ausgleich des rotatorischen Drucks des rotierenden Druckraums dieser Servoeinrichtung kann die Kupplung C in bekannter Weise einen dynamischen Druckausgleich aufweisen.
Wie in Figur weiterhin ersichtlich, ist das Lamellenpaket der Kupplung E räumlich gesehen benachbart zum zweiten Planetenradsatz RS2 und dabei beispielhaft in einem Bereich axial zwischen dem Lamellenpaket der Kupplung C und dem zweiten Planetenradsatz RS2 angeordnet. Selbstverständlich kann das Lamellenpaket der Kupplung E räumlich gesehen auch radial über dem Lamellenpaket der Kupplung C angeordnet sein. Ein Innenlamellenträger der Kupplung E ist – wie auch der Innenlamellenträger der Kupplung C – mit dem Sonnenrad SO3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verdrehfest verbunden und kann daher auch als ein Abschnitt der Welle 5 des Getriebes bezeichnet werden. Hierdurch kann in fertigungstechnisch vorteilhafter Weise für die Kupplungen C und E ein gemeinsamer Lamellenträger vorgesehen sein. Ein Außenlamellenträger der Kupplung E ist verdrehfest mit dem Hohlrad HO4 des vierten Planetenradsatzes RS4 und dem Sonnenrad SO2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden und bildet daher einen Abschnitt der Welle 7 des Getriebes. Die zur Betätigung des Lamellenpaketes der Kupplung E notwendige Servoeinrichtung kann an dem Innenlamellenträger der Kupplung E axial verschiebbar gelagert sein und rotiert dann ständig mit Drehzahl der Welle 5, kann aber auch an dem Außenlamellenträger der Kupplung E axial verschiebbar gelagert sein und rotiert dann ständig mit Drehzahl der Welle 7. Selbstverständlich kann die Servoeinrichtung der Kupplung E einen dynamischen Druckausgleich aufweisen.
Abweichend von dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel kann in einer anderen Ausgestaltung des Getriebes beispielsweise vorgesehen sein, dass die beiden Kupplungen C und E eine vormontierbare Baugruppe bilden, umfassend radial übereinander angeordnete Lamellenpakete für die Kupplungen C und E, einen gemeinsamen Lamellenträger sowie die zur Betätigung des jeweiligen Lamellenpaketes der Kupplung C und E vorgesehene Servoeinrichtungen, wobei das Lamellenpaket der Kupplung C radial unterhalb des Lamellenpaketes der Kupplung E angeordnet ist, wobei der gemeinsamen Lamellenträger für die (radial innere) Kupplung C als Außenlamellenträger und für die (radial äußere) Kupplung E als Innenlamellenträger ausgebildet ist und als Abschnitt der Welle 5 des Getriebes ständig mit dem Sonnrad SO3 des dritten Planetenradsatzes RS verbunden ist, und wobei beide genannten Servoeinrichtungen an dem genannten gemeinsamen Lamellenträger axial verschiebbar gelagert sind.
Wie in 1 weiterhin ersichtlich, grenzt die Kupplung D axial unmittelbar an den zweiten Planetenradsatz RS2 an. Dabei ist ein Innenlamellenträger der Kupplung D mit dem Hohlrad HO2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verdrehfest verbunden und bildet daher einen Abschnitt der Welle 8 des Getriebes. Ein Außenlamellenträger der Kupplung D ist mit dem Steg ST3 des dritten Planetenradsatzes RS3 und damit auch mit der Abtriebswelle AB verdrehfest verbunden und bildet somit einen Abschnitt der Welle 2 des Getriebes. Die zur Betätigung des Lamellenpaketes der Kupplung D notwendige Servoeinrichtung kann beispielsweise D innerhalb des durch den Außenlamellenträger der Kupplung D gebildeten Zylinderraums angeordnet und an diesem Außenlamellenträger der Kupplung D axial verschiebbar gelagert sein und ständig mit Drehzahl der Welle 2 rotieren. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Servoeinrichtung der Kupplung D an dem Innenlamellenträger der Kupplung D axial verschiebbar gelagert ist und dann ständig mit Drehzahl der Welle 8 rotiert. Zum Ausgleich des rotatorischen Drucks des rotierenden Druckraums dieser Servoeinrichtung kann die Kupplung D in bekannter Weise einen dynamischen Druckausgleich aufweisen.
Entsprechend dem Radsatzschema, entsprechend der Reihenfolge „RS1-RS4-RS2-RS3" der vier Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 und entsprechend der Anordnung der drei Kupplungen C, D, E in einem Bereich axial zwischen dem vierten und dritten Planetenradsatz RS4, RS3 übergreift die Welle 6 des Getriebes in Ihrem Verlauf den vierten Planetenradsatz RS4, die beiden Kupplungen C und E, den zweiten Planetenradsatz RS2 sowie die Kupplung D in axialer Richtung vollständig.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die oben geschriebene Anordnung der drei Kupplungen C, D, E nur als beispielhaft anzusehen ist. Bei Bedarf wird der Fachmann diese beispielhafte räumliche Anordnung der drei Kupplungen C, D, E auch modifizieren, zahlreiche Anregungen hierzu sind beispielsweise der gattungsgemäßen Patentanmeldung DE 10 2005 00 23 37.1 entnehmbar. So kann beispielsweise – ohne die Bauteilstruktur des in 1 dargestellten Getriebes im Wesentlichen zu verändern – vorgesehen sein, dass das Lamellenpaket der Kupplung E räumlich gesehen zumindest teilweise radial über dem Lamellenpaket der Kupplung C angeordnet ist, dass also die Kupplung E räumlich gesehen zumindest teilweise radial über der Kupplung C angeordnet ist.
In 2 ist ein Schaltschema des erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes gemäß 1 dargestellt. In jedem Gang sind drei Schaltelemente geschlossen und zwei Schaltelemente offen. Neben der Schaltlogik können dem Schaltschema 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 vier Planetensätze RS1, RS2, RS3, RS4 von plus 3,50, minus 3,70, minus 3,40 und minus 2,70. Des weiteren kann dem Schaltschema entnommen werden, dass bei sequentieller Schaltweise Doppelschaltungen bzw. Gruppenschaltungen vermieden werden, da zwei in der Schaltlogik benachbarte Gangstufen zwei Schaltelemente gemeinsam benutzen. Der sechste Gang ist als direkter Gang ausgebildet.
Der erste Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen der Bremsen A und B und der Kupplung C, der zweite Vorwärtsgang durch Schließen der Bremsen A und B und der Kupplung E, der dritte Vorwärtsgang durch Schließen der Bremse B und der Kupplungen C und E, der vierte Vorwärtsgang durch Schließen der Bremse B und der Kupplungen D und E, der fünfte Vorwärtsgang durch Schließen der Bremse B und der Kupplungen C und D, der sechste Vorwärts gang durch Schließen der Kupplungen C, D und E, der siebte Vorwärtsgang durch Schließen der Bremse A und der Kupplungen C und D, sowie der achte Vorwärtsgang durch Schließen der Bremse A und der Kupplungen D und E. Wie aus dem Schaltschema weiter ersichtlich, ergibt sich der Rückwärtsgang durch Schließen der Bremsen A und B und der Kupplung D.
Gemäß der Erfindung ist ein Anfahren des Kraftfahrzeugs mit einem im Getriebe integrierten Schaltelement möglich. Hierbei ist ein Schaltelement besonders geeignet, das sowohl im ersten Vorwärtsgang als auch im Rückwärtsgang benötigt wird, hier also vorzugsweise die Bremse A oder die Bremse B. In vorteilhafter Weise werden diese beiden Bremsen A, B auch im zweiten Vorwärtsgang benötigt. Wird die Bremse B als im Getriebe integriertes Anfahrelement genutzt, so ist damit sogar ein Anfahren in den ersten fünf Vorwärtsgängen und dem Rückwärtsgang möglich. Wie aus dem Schaltschema ersichtlich, kann zum Anfahren in Vorwärtsfahrtrichtung auch die Kupplung C und zum Anfahren in Rückwärtsfahrtrichtung die Kupplung D als getriebeinternes Anfahrelement verwendet werden.
Für das zuvor dargestellte bzw. beschriebene Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe gilt zudem folgendes:
Gemäß der Erfindung können sich auch bei gleichem Getriebeschema, je nach Standgetriebeübersetzung der einzelnen Planetensätze, unterschiedliche Gangsprünge ergeben, so dass eine anwendungs- bzw. fahrzeugspezifische Variation ermöglicht wird.
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.
Auf der Antriebsseite oder auf der Abtriebsseite können ein Achsdifferential und/oder ein Verteilerdifferential angeordnet werden.
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Antriebswelle AN durch ein Anfahrelement von einem Antriebsmotor nach Bedarf getrennt werden, wobei als ein solches Anfahrelement 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 AN ständig mit der Kurbelwelle des Antriebsmotors verbunden ist.
Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe ermöglicht außerdem die Anordnung eines Torsionsschwingungsdämpfers zwischen Antriebsmotor und Getriebe.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann auf jeder Welle, bevorzugt auf der Antriebswelle AN oder der Antriebswelle AB, eine verschleißfreie Bremse, wie z.B. ein hydraulischer oder elektrischer Retarder oder dergleichen, angeordnet sein, welche 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 AN oder der Abtriebswelle AB, 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 an jeder Welle zusätzlich eine elektrische Maschine als Generator und/oder als zusätzliche Antriebsmaschine anbringbar ist.
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.

1: erste Welle
2: zweite Welle
3: dritte Welle
4: vierte Welle
5: fünfte Welle
6: sechste Welle
7: siebte Welle
8: achte Welle
A: erstes Schaltelement, erste Bremse
B: zweites Schaltelement, zweite Bremse
C: drittes Schaltelement, erste Kupplung
D: viertes Schaltelement, zweite Kupplung
E: fünftes Schaltelement, dritte Kupplung
AB: Abtriebswelle
AN: Antriebswelle
GG: Gehäuse
RS1: erster Planetenradsatz
HO1: Hohlrad des ersten Planetenradsatzes
SO1: Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes
ST1: Steg des ersten Planetenradsatzes
PL1a: äußere Planetenräder des ersten Planetenradsatzes
PL1i: innere Planetenräder des ersten Planetenradsatzes
RS2: zweiter Planetenradsatz
HO2: Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes
SO2: Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes
ST2: Steg des zweiten Planetenradsatzes
PL2: Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes
RS3: dritter Planetenradsatz
HO3: Hohlrad des dritten Planetenradsatzes
SO3: Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes
ST3: Steg des dritten Planetenradsatzes
PL3: Planetenräder des dritten Planetenradsatzes
RS4: vierter Planetenradsatz
HO4: Hohlrad des vierten Planetenradsatzes
SO4: Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes
ST4: Steg des vierten Planetenradsatzes
PL4: Planetenräder des vierten Planetenradsatzes
i: Übersetzung
ϕ: Stufensprung

Claims

Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere Automatgetriebe für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Antriebswelle (AN), eine Abtriebswelle (AB), vier Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3, RS4), mindestens acht drehbare Wellen (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8), sowie fünf Schaltelemente (A, B, C, D, E), deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen Antriebswelle (AN) und Abtriebswelle (AB) bewirkt, sodass acht Vorwärtsgänge und zumindest ein Rückwärtsgang realisierbar sind, wobei • ein Steg (ST4) des vierten Planetenradsatzes (RS4) und die Antriebswelle (AN) ständig miteinander verbunden sind und die erste Welle (1) bilden, • ein Steg (ST3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) und die Abtriebswelle (AB) ständig miteinander verbunden sind und die zweite Welle (2) bilden, • ein Sonnenrad (SO1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) und ein Sonnenrad (SO4) des vierten Planetenradsatzes (RS4) ständig miteinander verbunden sind und die dritte Welle (3) bilden, • ein Sonnenrad (SO2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) und ein Hohlrad (HO4) des vierten Planetenradsatzes (RS4) ständig miteinander verbunden sind und die siebte Welle (7) bilden, • das erste Schaltelement (A) im Kraftfluss zwischen der dritten Welle (3) und einem Gehäuse (GG) des Getriebes angeordnet ist, • das zweite Schaltelement (B) im Kraftfluss zwischen der vierten Welle (4) und dem Gehäuse (GG) des Getriebes angeordnet ist, • das dritte Schaltelement (C) im Kraftfluss zwischen der ersten Welle (1) und der fünften Welle (5) angeordnet ist, • das vierte Schaltelement (D) im Kraftfluss zwischen der zweiten Welle (2) und der achten Welle (8) angeordnet ist, und • das fünfte Schaltelement (E) im Kraftfluss zwischen der fünften Welle (5) und der siebten Welle (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass • ein Steg (ST1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) die vierte Welle (4) bildet, • ein Sonnenrad (SO3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) die fünfte Welle (5) bildet, • ein Hohlrad (HO1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) und ein Steg (ST2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) und ein Hohlrad (HO3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) ständig miteinander verbunden sind und die sechste Welle (6) bilden, und • ein Hohlrad (NO2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) die achte Welle (8) bildet.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich • der erste Vorwärtsgang durch Schließen des ersten, zweiten und dritten Schaltelementes (A, B, C), • der zweite Vorwärtsgang durch Schließen des ersten, zweiten und fünften Schaltelementes (A, B, E), • der dritte Vorwärtsgang durch Schließen des zweiten, dritten und fünften Schaltelementes (B, C, E), • der vierte Vorwärtsgang durch Schließen des zweiten, vierten und fünften Schaltelementes (B, D, E), • der fünfte Vorwärtsgang durch Schließen des zweiten, dritten und vierten Schaltelementes (B, C, D), • der sechste Vorwärtsgang durch Schließen des dritten, vierten und fünften Schaltelementes (C, D, E), • der siebte Vorwärtsgang durch Schließen des ersten, dritten und vierten Schaltelementes (A, C, D), • der achte Vorwärtsgang durch Schließen des ersten, vierten und fünften Schaltelementes (A, D, E) und • ein Rückwärtsgang durch Schließen des ersten, zweiten und vierten Schaltelementes (A, B, D) ergibt.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite, dritte und vierte Planetenradsatz (RS2, RS3, RS4) als Minus-Planetenradsätze ausgebildet sind, und dass der erste Planetenradsatz (RS1) als Plus-Planetenradsatz ausgebildet ist.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3, RS4) koaxial zueinander und in axialer Richtung hintereinander in einer Reihenfolge „RS1, RS4, RS2, RS3" angeordnet sind.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Antriebswelle (AN) und Abtriebswelle (AB) bzw. die erste und zweite Welle (1, 2) achsparallel oder winklig zueinander verlaufen, wobei der erste oder der dritte Planetenradsatz (RS1, RS3) auf der Seite des Getriebegehäuses (GG) angeordnet ist, die einem mit der Antriebswelle (AN) wirkverbundenen Antriebsmotor des Getriebes zugewandt ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Antriebswelle (AN) und Abtriebswelle (AB) bzw. die erste und zweite Welle (1, 2) koaxial zueinander verlaufen, wobei der erste Planetenradsatz (RS1) auf der Seite des Getriebegehäuses (GG) angeordnet ist, die einem mit der Antriebswelle (AN) wirkverbundenen Antriebsmotor des Getriebes zugewandt ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass alle vier Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3, RS4) jeweils höchstens von einer Welle des Getriebes in axialer Richtung zentrisch durchgriffen werden.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und vierte Planetenradsatz (RS1, RS4) nur von der ersten Welle (1) in axialer Richtung zentrisch durchgriffen wird, und dass der zweite Planetenradsatz (RS2) nur von der fünften Welle (5) in axialer Richtung zentrisch durchgriffen wird.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der vierte Planetenradsatz (RS1, RS4) von keiner Welle des Getriebes in axialer Richtung zentrisch durchgriffen wird, dass der zweite Planetenradsatz (RS2) sowohl von der fünften Welle (5) als auch von der ersten Welle (1) in axialer Richtung zentrisch durchgriffen wird, wobei die erste Welle (1) abschnittsweise zentrisch innerhalb der fünften Welle (5) verläuft, und wobei der dritte Planetenradsatz (RS3) nur von der ersten Welle (1) in axialer Richtung zentrisch durchgriffen wird.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Welle (3) an einer getriebegehäusefesten Nabe verdrehbar gelagert ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder zweite Schaltelement (A, B) räumlich gesehen zumindest teilweise in einem Bereich radial oberhalb des ersten oder vierten Planetenradsatzes (RS1, RS4) angeordnet ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Schaltelement (A, B) räumlich gesehen axial nebeneinander angeordnet sind, wobei zumindest ein Reibelement des zweiten Schaltelementes (B) näher am vierten Planetenradsatz (RS4) angeordnet ist als ein Reibelement des ersten Schaltelementes (A).
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Schaltelement (A, B) räumlich gesehen zumindest teilweise radial übereinander angeordnet sind.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Schaltelement (C) räumlich gesehen zumindest teilweise in einem Bereich axial zwischen dem vierten und zweiten Planetenradsatz (RS4, RS2) angeordnet ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Schaltelement (C) axial unmittelbar an den vierten Planetenradsatz (RS4) angrenzt.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das fünfte Schaltelement (E) räumlich gesehen zumindest teilweise in einem Bereich axial zwischen dem vierten und zweiten Planetenradsatz (RS4, RS2) angeordnet ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das fünfte Schaltelement (E) axial benachbart zum zweiten Planetenradsatz (RS2) angeordnet ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte und fünfte Schaltelement (C, E) räumlich gesehen im Wesentlichen axial nebeneinander angeordnet sind, wobei ein Lamellenpaket des dritten Schaltelementes (C) näher am vierten Planetenradsatz (RS4) angeordnet ist als ein Lamellenpaket des fünften Schaltelementes (E).
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte und fünfte Schaltelement (C, E) räumlich gesehen zumindest teilweise radial übereinander angeordnet sind, wobei ein Lamellenpaket des fünften Schaltelementes (E) räumlich gesehen zumindest teilweise radial über einem Lamellenpaket des dritten Schaltelementes (C) angeordnet ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass für das dritte und fünfte Schaltelement (C, E) ein gemeinsamer Lamellenträger vorgesehen ist, der mit dem Sonnenrad (SO3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbunden ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 205, dadurch gekennzeichnet, dass das vierte Schaltelement (D) räumlich gesehen zumindest teilweise in einem Bereich axial zwischen dem zweiten und dritten Planetenradsatz (RS2, RS3) angeordnet ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das vierte Schaltelement (D) axial unmittelbar an den zweiten Planetenradsatz (RS2) angrenzt.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Welle des Getriebes, insbesondere die sechste Welle (6), in Ihrem Verlauf den vierten Planetenradsatz (RS4), das dritte und fünfte Schaltelement (C, E), den zweiten Planetenradsatz (RS2), sowie das vierte Schaltelement (D) in axialer Richtung vollständig übergreift.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Wellen (AN, AB, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) und dem Gehäuse (GG) des Getriebes zusätzliche Freiläufe einsetzbar sind.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass Antrieb und Abtrieb des Getriebes auf gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses (GG) vorgesehen sind.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass Antrieb und Abtrieb des Getriebes auf der gleichen Seite des Gehäuses (GG) vorgesehen sind.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass ein Achs- und/oder ein Verteilerdifferential auf der Antriebsseite oder der Abtriebsseite des Getriebes angeordnet ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass in Kraftflussrichtung zwischen einem Antriebs-Motor des Kraftfahrzeugs und der Antriebswelle (AN) ein externes Anfahrelement angeordnet ist.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass als Anfahrelement ein hydrodynamischer Wandler, eine hydraulische Kupplung, eine trockene Anfahrkupplung, eine nasse Anfahrkupplung, eine Magnetpulverkupplung oder eine Fliehkraftkupplung vorgesehen ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anfahren des Kraftfahrzeugs mittels eines getriebeinternen Schaltelementes, insbesondere mittels des ersten, zweiten, dritten oder vierten Schaltelementes (A, B, C, D) des Getriebes erfolgt, wobei die Antriebswelle (AN) ständig verdrehfest oder drehelastisch mit der Kurbelwelle des Antriebs-Motors verbunden ist.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Anfahren des Kraftfahrzeugs in Vorwärts- und Rückwärtsfahrtrichtung mittels des gleichen getriebeinternen Schaltelementes erfolgt, insbesondere mittels des ersten oder des zweiten Schaltelementes (A, B).
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Welle (AN, AB, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) des Getriebes eine verschleißfreie Bremse oder ein Nebenabtrieb zum Antrieb von zusätzlichen Aggregaten oder eine elektrische Maschine als Generator und/oder als zusätzliche Antriebsmaschine anbringbar ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass als Schaltelemente (A, B, C, D, E) reibschlüssige Kupplungen bzw. reibschlüssige Bremsen – insbesondere Lamellenkupplungen, Bandbremsen und/oder Konuskupplungen – und/oder formschlüssige Kupplungen bzw. formschlüssige Bremsen – insbesondere Konuskupplungen und/oder Klauenkupplungen – vorgesehen sind.