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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Mehrstufengetriebe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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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.
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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
Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes und ein Sonnenrad des dritten
Planetenradsatzes ständig
miteinander verbunden sind und die fünfte Welle des Getriebes bilden,
- – ein
Hohlrad des ersten 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
Steg 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 entweder zwischen der zweiten
und achten Welle oder zwischen der sechsten und achten Welle des
Getriebes angeordnet ist, und
- – das
fünfte
Schaltelement im Kraftfluss entweder zwischen der fünften und
der siebten Welle oder zwischen den fünften und achten Welle oder
zwischen der siebten und achten Welle des Getriebes angeordnet ist.
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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, und dass nunmehr die
Hohlräder des
ersten und dritten Planetenradsatzes ständig als sechste Welle des
Getriebes miteinander verbunden sind.
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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.
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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.
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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.
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So
kann beispielsweise in einer für
einen Standardantrieb günstigen
Variante hinsichtlich der Schaltelement-Anordung 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. Das dritte und fünfte Schaltelement können räumlich gesehen
beispielsweise zumindest teilweise in einem Bereich axial zwischen
dem zweiten und dritten Planetenradsatz angeordnet sein, wobei das
zum Verblocken des zweiten Planetenradsatzes vorgesehene fünfte Schaltelement
vorzugsweise unmittelbar axial an den zweiten Planetenradsatz angrenzt.
Das fünfte
Schaltelement kann aber auch auf der dem dritten Planetenradsatz
abgewandten Seite des zweiten Planetenradsatzes angeordnet sein, also
in einem Be reich axial zwischen dem zweiten und vierten Planetenradsatz,
auch dann vorzugsweise unmittelbar axial an den zweiten Planetenradsatz angrenzend.
Das vierte Schaltelement kann räumlich gesehen
zumindest teilweise in einem Bereich axial zwischen dem zweiten
und dritten Planetenradsatz oder auch räumlich gesehen zumindest teilweise
in einem Bereich axial zwischen dem vierten und zweiten Planetenradsatz
angeordnet sein. So kann beispielsweise das Lamellenpaket dieses
vierten Schaltelementes benachbart zum dritten Planetenradsatz oder
benachbart zum zweiten Planetenradsatz angeordnet sein.
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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.
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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 Rückwärtsgang
betätigt wird.
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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.
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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. 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.
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In
Verbindung mit der vorgeschlagenen räumlichen Anordnung der vier
Planetenradsätze
koaxial nebeneinander in der Reihenfolge „erster, vierter, zweiter,
dritter Planetenradsatz" und
der vorgeschlagenen räumlichen
Anordnung der fünf
Schaltelemente innerhalb des Getriebegehäuses ist es konstruktiv in
vorteilhafter Weise möglich,
dass maximal drei der vier Planetenradsätze jeweils höchstens
von einer Welle des Getriebes in axialer Richtung zentrisch durchgriffen
werden. Entsprechend einfach ist die konstruktive Ausbildung der
Druck- und Schmiermittelzufuhr zu den Servoeinrichtungen der einzelnen
Schaltelemente. In Verbindung mit koaxial zueinander verlaufender
Antriebs- und Abtriebswelle
beispielsweise durchgreift nur die erste Welle des Getriebes den
ersten, vierten und zweiten Planetenradsatz zentrisch. In Verbindung
mit achsparallel oder winklig zueinander verlaufender Antriebs-
und Abtriebswelle und antriebsmotornahem ersten Planetenradsatz
beispielsweise durchgreift nur die erste Welle des Getriebes den
ersten, vierten und zweiten Planetenradsatz zentrisch. In Verbindung
mit achsparallel oder winklig zueinander verlaufender Antriebs-
und Abtriebswelle und antriebsmotornahem dritten Planetenradsatz
kann beispielsweise vorgesehen sein, dass nur der dritte und zweite
Planeten radsatz von nur einer Welle des Getriebes, nämlich nur
von der erste Welle des Getriebes zentrisch durchgriffen werden.
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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 gehäusefeste
Nabe Bestandteil der antriebsseitigen Getriebegehäusewand,
andernfalls Bestandteil der dem Antriebsmotor gegenüberliegenden
Getriebegehäusewand.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beispielhaft
näher erläutert. Gleiche bzw.
vergleichbare Bauteile sind dabei auch mit gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels für ein Mehrstufengetriebe
gemäß der Erfindung;
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2 eine
schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels für ein Mehrstufengetriebe
gemäß der Erfindung;
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3 eine
schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels für ein Mehrstufengetriebe
gemäß der Erfindung;
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4 ein
beispielhaftes Schaltschema und beispielhafte Gangübersetzungen
für die
Mehrstufengetriebe gemäß 1, 2 und 3;
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5 eine
schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels für ein Mehrstufengetriebe
gemäß der Erfindung;
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6 eine
schematische Darstellung eines fünften
Ausführungsbeispiels
für ein
Mehrstufengetriebe gemäß der Erfindung;
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7 eine
schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels für ein Mehrstufengetriebe
gemäß der Erfindung;
und
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8 ein
beispielhaftes Schaltschema und beispielhafte Gangübersetzungen
für die
Mehrstufengetriebe gemäß 5, 6 und 7.
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1 zeigt
nun ein erstes 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. 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 anderen drei 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
der 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.
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Selbstverständlich können die
Verzahnungen der Planetenradsätze
des Getriebes als Schrägverzahnungen
ausgeführt
sein, wobei der Fachmann die Schrägungswinkel, Verzahnungsflankenkorrekturen
und Schrägungsrichtung
in üblicher
Weise unter Berücksichtigung
der an der jeweiligen Verzahnung vorliegenden Verzahnungskräfte und
unter Berücksichtigung
des Axiallagerkonzeptes des Getriebes auslegen wird. So kann es
bei dem hier in
1 dargestellten Ausführungsbeispiel
als vorteilhafte Ausgestaltung beispielsweise vorgesehen sein, dass
das Hohlrad HO1 des (als Plus-Planetenradsatz ausgebildeten) ersten
Planetenradsatzes RS1 eine so genannte links-steigende Schrägverzahnung
aufweist, während
die Hohlräder
HO4, HO2, HO3 der anderen drei (alle als Minus-Planetenradsatz ausgebildeten) Planetenradsatzes
RS4, RS2, RS3 eine so genannte rechts-steigende Schrägverzahnung
aufweisen. Demgegenüber
gibt es bei dem zur vorliegenden
1 vom Aufbau
her vergleichsweise ähnlichen Getriebe
gemäß
4 der
gattungsgemäßen
DE 10 2005 00 23 37.1 mehrere
sinnvolle Varianten zur Schrägungsrichtung
der Planetenradsatz-Verzahnungen: Vorzugsweise weisen die Hohlräder aller vier
(Minus-)Planetenradsätze,
die wie im vorliegenden Beispiel in der Reihenfolge „RS1, RS4,
RS2, RS3" axial
nebeneinander angeordnet sind, jeweils eine rechts-steigende Schrägverzahnung
auf; in einer zweitbesten Lösung
weisen die Hohlräder
des ersten, vierten und dritten Planetenradsatzes jeweils eine rechts-steigende
Schrägverzahnung
auf, während
das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes eine links-steigende Schägverzahnung
ausfweist; in einer drittbesten Lösung weisen die Hohlräder des ersten,
vierten und zweiten Planetenradsatzes jeweils eine rechts-steigende
Schrägverzahnung
auf, während
das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes eine links-steigende Schägverzahnung
aufweist.
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Wie
in 1 weiterhin ersichtlich, sind die Schaltelemente
A und B 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.
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Hinsichtlich
der kinematischen Kopplung der einzelnen Elemente der vier Planetenradsätze RS1, RS2,
RS3, RS4 untereinander und zur Antriebs- und Abtriebswelle AN, AB
ist erfindungsgemäß folgendes vorgesehen:
Der Steg ST4 des vierten Planetenradsatzes RS4 und die Antriebswelle
AN sind als Welle 1 ständig
miteinander verbunden. Der Steg ST3 des dritten Planetenradsatzes
RS3 und die Abtriebswelle AB sind als Welle 2 ständig miteinander
verbunden. Die Sonnenräder
SO1, SO4 des ersten und vierten Planetenradsatzes RS1, RS4 sind
als Welle 3 ständig
miteinander verbunden. Der gekoppelte Steg ST1 des ersten Planetenradsatzes
RS1 bildet die Welle 4. Das Hohlrad HO2 des zweiten Planetenradsatzes RS2
und das Sonnenrad SO3 des dritten Planetenradsatzes RS3 sind als
Welle 5 ständig
miteinander verbunden. Das Hohlrad HO1 des ersten Planetenradsatzes
RS1 und das Hohlrad HO3 des dritten Planetenradsatzes RS3 sind als
Welle 6 ständig
miteinander verbunden. Das Sonnenrad SO2 des zweiten Planetenradsatzes
RS2 und das Hohlrad HO4 des vierten Planetenradsatzes RS4 sind als
Welle 7 ständig
miteinander verbunden. Der Steg ST2 des zweiten Planetenradsatzes
RS2 bildet die Welle 8.
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Hinsichtlich
der kinematischen Kopplung der fünf
Schaltelemente A bis E an die so beschriebenen Wellen 1 bis 8 des
Getriebes ist bei dem Mehrstufen getriebe 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 und verbindet im geschalteten bzw.
geschlossenen Zustand Sonnenrad SO2 und Hohlrad HO2 des zweiten
Planetenradsatzes RS2 miteinander.
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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.
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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.
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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 ist als Welle 4 des Getriebes 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.
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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
die Bremse B dann beispielsweise auf einem größeren Durchmesser angeordnet
ist als die Bremse A.
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Wie
aus 1 weiterhin ersichtlich, sind alle drei Kupplungen
C, D, E räumlich
gesehen zumindest teilweise in einem Bereich axial zwischen dem zweiten
und dritten Planetenradsatz RS2, RS3 angeordnet, wobei die zur Betätigung der
jeweiligen Lamellenpakete der Kupplungen C, D, E notwendigen Servoeinrichtung
in 1 zur Vereinfachung nicht näher dargestellt sind.
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Die
Kupplung E grenzt unmittelbar axial an den zweiten Planetenradsatz
RS2 an. Dabei bildet ein Außenlamellenträger der
Kupplung E einen Abschnitt der Welle 5 des Getriebes und
ist einerseits auf seiner dem zweiten Planetenradsatz RS2 zugewandten
Seite mit dem Hohlrad HO2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 und
andererseits auf seiner dem zweiten Planetenradsatz RS2 abgewandten Seite
(über einen
Außenlamellenträger der
benachbarten Kupplung C) mit dem Sonnenrad SO3 des dritten Planetenradsatzes
RS3 verdrehfest verbunden. Ein Innenlamellenträger der Kupplung E bildet einen
Abschnitt der Welle 7 des Getriebes und ist mit dem Sonnenrad
SO2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verdrehfest verbunden, welches
wiederum ständig
mit dem Hohlrad HO4 des vierten Planetenradsatzes RS4 verdrehfest
verbunden ist. Die zur Betätigung
des Lamellenpaketes der Kupplung E notwendige Servoeinrichtung kann
beispielsweise an dem genannten Innenlamellenträger der Kupplung E axial verschiebbar
gelagert sein und rotiert dann ständig mit Drehzahl der Welle 7.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Servoeinrichtung der
Kupplung E innerhalb des durch den Außenlamellenträger der Kupplung
E gebildeten Zylinderraums angeordnet ist, dass die Servoeinrichtung
der Kupplung E an diesem Außenlamellenträger der
Kupplung E axial verschiebbar gelagert ist und dann ständig mit
Drehzahl der Welle 5 rotiert. Zum Ausgleich der rotatorischen Drucks
ihres rotierenden Druckraums kann die Servoeinrichtung der Kupplung
E in bekannter Weise einen dynamischen Druckausgleich aufweisen.
-
Wie
aus 1 weiterhin ersichtlich, grenzt die Kupplung C
axial auf Seite der Kupplung E an, die dem zweiten Planetenradsatz
RS2 abgewandt und dem dritten Planetenradsatz RS3 zugewandt ist.
Dabei bildet der Außenlamellenträger der
Kupplung C einen Abschnitt der Welle 5 des Getriebes und
ist einerseits auf seiner dem zweiten Planetenradsatz RS2 zugewandten
Seite (über
den Außenlamellenträger der
Kupplung E) mit dem Hohlrad HO2 des zweiten Planetenradsatzes RS2
und andererseits auf seiner dem zweiten Planetenradsatz RS2 abgewandten
Seite mit dem Sonnenrad SO3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verdrehfest
verbunden. Ein Innenlamellenträger
der Kupplung C bildet einen Abschnitt der Welle 1 des Getriebes
und ist mit dem Steg ST4 des vierten Planetenradsatzes RS4 und mit
der Antriebswelle AN verdrehfest verbunden. Die zur Betätigung des
Lamellenpaketes der Kupplung C notwendige Servoeinrichtung kann
beispielsweise an dem Innenlamellenträger der Kupplung C axial verschiebbar
gelagert sein und rotiert dann ständig mit Drehzahl der Welle 1 bzw.
der Antriebswelle AN. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die
Servoeinrichtung der Kupplung C innerhalb des durch den Außenlamellenträger der
Kupplung C gebildeten Zylinderraums angeordnet ist, dass die Servoeinrichtung
der Kupplung C an diesem Außenlamellenträger der Kupplung
C axial verschiebbar gelagert ist und dann ständig mit Drehzahl der Welle 5 rotiert.
Zum Ausgleich der rotatorischen Drucks ihres rotierenden Druckraums
kann die Servoeinrichtung der Kupplung C in bekannter Weise einen
dynamischen Druckausgleich aufweisen.
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Als
eine zur Verwendung von Gleichteilen günstige Ausgestaltung ist beispielhaft
vorgesehen, dass die Lamellenpakete der beiden benachbarten Kupplungen
C, E auf gleichem Durchmesser angeordnet sind. In fertigungstechnisch
vorteilhafter Weise kann für
die beiden benachbarten Kupplun gen C, E auch ein gemeinsamer einteiliger
Außenlamellenträger vorgesehen
sein.
-
In
einer von 1 abweichenden konstruktiven
Ausgestaltung kann beispielsweise aber auch vorgesehen sein, dass
die Lamellenpakete der beiden Kupplungen C, E räumlich gesehen auch radial übereinander
angeordnet sind. Ist hierbei das Lamellenpaket der Kupplung E räumlich gesehen
zumindest teilweise radial über
dem Lamellenpaket der Kupplung C angeordnet, so ist ein für beide
Kupplungen C, E gemeinsamer Lamellenträger zweckmäßigerweise für die (radial äußere) Kupplung
E als Innenlamellenträger
und für
die (radial innere) Kupplung C als Außenlamellenträger auszubilden
und auf der dem dritten Planetenradsatz RS3 zugewandten Seite der
Lamellenpakete C, E mit der Koppelwelle zu verbinden, welche das
Hohlrad HO2 und das das Sonnenrad SO3 miteinander verbindet. Ist
hingegen das Lamellenpaket der Kupplung C räumlich gesehen zumindest teilweise
radial über
dem Lamellenpaket der Kupplung E angeordnet, so ist ein für beide Kupplungen
C, E gemeinsamer Lamellenträger zweckmäßigerweise
für die
(radial äußere) Kupplung C
als Innenlamellenträger
und für
die (radial innere) Kupplung E als Außenlamellenträger auszubilden und
auf der dem zweiten Planetenradsatz RS2 zugewandten Seite der Lamellenpakete
C, E mit der Koppelwelle zu verbinden, welche das Hohlrad HO2 und das
das Sonnenrad SO3 miteinander verbindet.
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Wie
aus 1 weiterhin ersichtlich, ist die Kupplung D räumlich gesehen
benachbart zum dritten Planetenradsatz RS3 angeordnet. Dabei bildet ein
Innenlamellenträger
der Kupplung D einen Abschnitt der Welle 8 des Getriebes
und ist auf der dem vierten Planetenradsatz RS4 zugewandten Seite
des zweiten Planetenradsatzes RS2 mit dessen Steg ST2 verdrehfest
verbunden. Dabei übergreift
die Welle 8 den zweiten Planetenradsatz RS2 und die beiden
Kupplungen C, E in axialer Richtung vollständig. Ein Außenlamellenträger der
Kupplung D bildet einen Abschnitt der Welle 2 des Getriebes
und ist auf der dem dritten Planetenradsatz RS3 zugewandeten Seite
des Lamellenpaketes der Kupplung D mit dem Steg ST3 des dritten
Planetenradsatzes RS3 verdrehfest verbunden, wobei dieser Steg ST3
wiederum mit der Abtriebswelle AB des Getriebes verbunden ist. Die
zur Betätigung
des Lamellenpaketes der Kupplung D notwendige Servoeinrichtung kann
beispielsweise innerhalb des Zylinderraums angeordnet sein, der
durch den Außenlamellenträger der
Kupplung D bzw. durch die Welle 2 gebildet wird, kann an dem
Außenlamellenträger der
Kupplung D bzw. an der Welle 2 axial verschiebbar gelagert
sein und rotiert dann ständig
mit Drehzahl dieser Welle 2. Es kann aber auch vorgesehen
sein, dass die Servoeinrichtung der Kupplung D an dem genannten
Innenlamellenträger
der Kupplung D bzw. an der Welle 8 axial verschiebbar gelagert
ist und ständig
mit Drehzahl der Welle 8 rotiert, wobei in diesem Fall
der Druckraum der Servoeinrichtung der Kupplung D beispielsweise
nahe dem Lamellenpaket der Kupplung D bzw. nahe dem dritten Planetenradsatz
RS3 angeordnet sein kann, beispielsweise aber auch nahe dem zweiten
Planetenradsatz RS2 in einem Bereich axial zwischen dem zweiten
und vierten Planetenradsatz RS2, RS4, beispielsweise sogar auch
in einem Bereich axial zwischen dem vierten und ersten Planetenradsatz
RS4, RS1. Zum Ausgleich des rotatorischen Drucks des rotierenden
Druckraums kann die Servoeinrichtung der Kupplung D in bekannter
Weise einen dynamischen Druckausgleich aufweisen.
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Für den Fachmann
ist leicht ersichtlich, dass die räumliche Anordnung der Kupplung
D innerhalb des Getriebegehäuses
GG vergleichsweise einfach gegenüber
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel modifizierbar
ist. So kann in einer von 1 abweichenden
Ausgestaltung beispielsweise vorgesehen sein, dass das Lamellenpaket
der Kupplung D räumlich
gesehen in einem Bereich radial über
den Lamellenpaketen der beiden anderen Kupplungen C, E angeordnet
ist. In noch einer anderen Ausgestaltung kann die Kupplung D beispielsweise
zumindest teilweise in einem Bereich radial über dem zweiten Planetenradsatz
RS2 angeordnet sein, wobei dann ein Abschnitt der Welle 2 die
beiden Kupplungen C, E in axialer Richtung zumindest weitgehend übergreift.
In einer weiteren Ausgestaltung kann beispielsweise auch vorgese hen
sein, dass die Kupplung D räumlich
gesehen in einem Bereich axial zwischen dem zweiten und vierten
Planetenradsatzes RS2, RS4 angeordnet ist, wobei dann ein Abschnitt der
Welle 2 die beiden Kupplungen C, E in axialer Richtung
vollständig
und den zweiten Planetenradsatz RS2 in axialer Richtung zumindest
teilweise übergreift.
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Wie
aus 1 weiterhin ersichtlich, übergreift die Welle 6 als
Koppelwelle zwischen den beiden Hohlrädern HO1, HO3 des ersten und
dritten Planetenradsatzes RS1, RS3 in ihrem axialen Verlauf den
vierten und zweiten Planetenradsatz RS4, RS2 sowie die Kupplungen
E, C, D vollständig.
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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.
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Ausgehend
von der Überlegung,
dass die Kupplung E als fünftes
Schaltelement des Getriebes im geschalteten bzw. geschlossenen Zustand
den zweiten Planetenradsatz RS2 verblockt, sind in den folgenden
zwei Ausführungsbeispielen
für ein
erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe
zwei andere Möglichkeiten
aufgezeigt, den genannten zweiten Planetenradsatz RS2 mittels der
genannten Kupplung E zu verblocken. 2 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel
und 3 ein drittes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe, wiederum
in vereinfachter schematisierter Darstel lung, beide basierend auf
dem zuvor anhand 1 im Detail erläuterten
ersten Ausführungsbeispiel.
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Aus 2 ist
leicht ersichtlich, dass der einzige Unterschied des hier dargestellten
zweiten Ausführungsbeispiels
für ein
erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe
gegenüber 1 darin
besteht, dass die Kupplung E nunmehr im Kraftfluss zwischen der Welle 7 und
der Welle 8 angeordnet ist. Im geschalteten bzw. geschlossenen
Zustand verbindet die Kupplung E nunmehr also Sonnenrad SO2 und
Steg ST2 des Planetenradsatzes RS2 miteinander.
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In
dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kupplung
E axial unmittelbar angrenzend an den zweiten Planetenradsatz RS2
räumlich gesehen
in einem Bereich axial zwischen dem zweiten und dritten Planetenradsatz
RS2, RS3 angeordnet. Dabei ist das Lamellenpaket der Kupplung E
beispielhaft auf einem kleineren Durchmesser angeordnet als das
Lamellenpaket der benachbarten Kupplung C. Für den Fachmann ist leicht ersichtlich,
dass abweichend von der Darstellung in 2 auch vorgesehen
sein kann, dass die Lamellenpakete der beiden Kupplungen C, E räumlich gesehen
radial übereinander
angeordnet sein können,
oder dass das Lamellenpaket der Kupplung E auf einem größeren Durchmesser
angeordnet sein kann, oder dass die Lamellenpakete der beiden Kupplungen
C, E auch auf einem zumindest ähnlichen
Durchmesser angeordnet sein können,
oder dass die Lamellenpakete der beiden Kupplungen C, D räumlich gesehen
radial übereinander
angeordnet sein können.
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Abweichend
von 2 kann in einer anderen konstruktiven Ausgestaltung
des Getriebes beispielsweise auch vorgesehen sein, dass die Kupplung
E axial angrenzend an den zweiten Planetenradsatz RS2 räumlich gesehen
in einem Bereich axial zwischen dem vierten Planetenradsatz RS4
und dem zweiten Planetenradsatz RS2 angeordnet ist.
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Aus 3 ist
leicht ersichtlich, dass der einzige Unterschied des hier dargestellten
dritten Ausführungsbeispiels
für ein
erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe
gegenüber 1 darin
besteht, dass die Kupplung E nunmehr im Kraftfluss zwischen der Welle 5 und
der Weile 8 angeordnet ist. Im geschalteten bzw. geschlossenen
Zustand verbindet die Kupplung E nunmehr also Steg ST2 und Hohlrad HO2
des Planetenradsatzes RS2 miteinander.
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4 zeigt
ein beispielhaftes Schaltschema, wie es für die erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe
gemäß 1, 2 und 3 vorgesehen
sein kann. 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 3,00, minus 1,70, minus 3,70 und minus 2,00.
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.
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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 Vorwärtsgang 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 Kupp lungen D und E. Wie aus dem Schaltschema
weiter ersichtlich, ergibt sich der Rückwärtsgang durch Schließen der
Bremsen A und B und der Kupplung D.
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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.
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5 zeigt
nun eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels
für ein
erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe,
basierend auf dem anhand 1 ausführlich beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel.
Der einzige Unterschied zu 1 besteht
in der geänderten
kinematischen Anbindung des vierten Schaltelementes D an die Planetenradsätze. Gemäß 5 ist
die Kupplung D nunmehr im Kraftfluss zwischen der Welle 6 und
der Welle 8 des Getriebes angeordnet. Im geschalteten bzw. geschlossenen
Zustand verbindet die Kupplung D nunmehr also den Steg ST2 des zweiten
Planetenradsatzes RS2 mit der Koppelwelle, welche die beiden Hohlräder HO1,
HO3 des ersten und dritten Planetenradsatzes RS1, RS3 ständig miteinander
verbindet.
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In
dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kupplung
D räumlich
gesehen in einem Bereich axial zwischen dem vierten und zweiten Planetenradsatz
RS4, RS2 angeordnet, dabei angrenzend an den zweiten Planetenradsatz
RS2. Dabei ist ein Innenlamellenträger der Kupplung D mit dem
Steg ST2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden und bildet
daher einen Abschnitt der Welle 8. Entsprechend bildet
ein Außenlamellenträger der
Kupplung D einen Abschnitt der Welle 6. Der Fachmann wird
die in 5 dargestellte räumliche Lage des Lamellenpaketes
der Kupplung D bei Bedarf modifizieren. Auch wird der Fachmann eine
geeignete räumliche
Anordnung der in 5 nicht näher dargestellten Servoeinrichtung
der Kupplung D zum Betätigen
deren Lamellenpaketes vorsehen; beispielsweise können Druckraum und Druckausgleichsraum
der Servoeinrichtung der Kupplung D nahe dem dritten Planetenradsatz
RS3 oder in einem Bereich axial zwischen dem ersten und vierten
Planetenradsatz RS1, RS4 angeordnet sein.
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Ausgehend
von der Überlegung,
dass die Kupplung E im geschalteten bzw. geschlossenen Zustand wie
in 1 den zweiten Planetenradsatz RS2 verblockt, sind
in den folgenden zwei Ausführungsbeispielen
zwei andere Möglichkeiten
aufgezeigt, den genannten zweiten Planetenradsatz RS2 mittels der
genannten Kupplung E zu verblocken. 6 zeigt
ein fünftes
Ausführungsbeispiel
und 7 ein sechstes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe,
wiederum in vereinfachter schematisierter Darstellung, beide basierend
auf dem in 5 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel.
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Aus 6 ist
leicht ersichtlich, dass der einzige Unterschied des hier dargestellten
fünften
Ausführungsbeispiels
für ein
erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe
gegenüber 5 darin
besteht, dass die Kupplung E nunmehr im Kraftfluss zwischen der Welle 7 und
der Welle 8 angeordnet ist. Im geschalteten bzw. geschlossenen
Zustand verbindet die Kupplung E nunmehr also Sonnenrad SO2 und
Steg ST2 des Planetenradsatzes RS2 miteinander. Die kinematische
Ankopplung der Kupplung E an den zweiten Planetenradsatz RS2 ist
also in 2 und 6 identisch.
Insofern gelten auch hier die für 2 getroffenen
Aussagen zur räumlichen
Anordnung der Kupplung E.
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Aus 7 ist
leicht ersichtlich, dass der einzige Unterschied des hier dargestellten
sechsten Ausführungsbeispiels
für ein
erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe
gegenüber 5 darin
besteht, dass die Kupplung E nunmehr im Kraftfluss zwischen der
Welle 5 und der Welle 8 angeordnet ist. Im geschalteten
bzw. geschlossenen Zustand verbindet die Kupplung E nunmehr also
Steg ST2 und Hohlrad HO2 des Planetenradsatzes RS2 miteinander.
Die kinematische Ankopplung der Kupplung E an den zweiten Planetenradsatz
RS2 ist also in 3 und 7 identisch.
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8 zeigt
eine beispielhafte Schaltlogik und beispielhafte Gangübersetzungen,
so wie sie für die
erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe
gemäß 5, 6 und 7 vorgesehen
sein können. Dabei
entspricht die angegebene Schaltlogik der des Schaltschemas gemäß 4:
in jedem Gang sind drei Schaltelemente geschlossen und zwei Schaltelemente
offen. Die in 8 angegebenen beispielhaften
Werte für
die jeweiligen Übersetzungen
i der einzelnen Gangstufen und die daraus zu bestimmenden Stufensprünge ϕ unterscheiden
sich teilweise geringfügig
von den in 4 angegebenen Werten und ergeben
sich aus den (typischen) Standgetriebeübersetzungen der vier Planetensätze RS1,
RS2, RS3, RS4 von plus 3,00, minus 1,55, minus 3,70 und minus 2,00.
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Für alle zuvor
dargestellten bzw. beschriebenen Ausführungsbeispiele 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.
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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 ein Achsdifferential und/oder
ein Verteilerdifferential angeordnet werden.
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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.
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Das
erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe ermöglicht außerdem die
Anordnung eines Torsionsschwingungsdämpfers zwischen Antriebsmotor
und Getriebe.
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Im
Rahmen einer weiteren Ausführungsform der
Erfindung kann auf jeder Welle, bevorzugt auf der Antriebswelle
AN oder der Abtriebswelle 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.
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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.
-
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
- PL1i
- innere
Planetenräder
des ersten Planetenradsatzes
- PL1a
- äußere 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