DE102008041192A1

DE102008041192A1 - Mehrstufengetriebe

Info

Publication number: DE102008041192A1
Application number: DE102008041192A
Authority: DE
Inventors: Josef Haupt; Martin Brehmer; Gabor Diosi; Gerhard Gumpoltsberger; Peter Ziemer; Peter Tiesler
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2008-08-13
Filing date: 2008-08-13
Publication date: 2010-02-18
Anticipated expiration: 2028-08-14
Also published as: US20100041507A1; US8206257B2; DE102008041192B4

Abstract

Das Mehrstufengetriebe mit neun Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang umfasst vier Planetensätze (P1, P2, P3, P4), acht drehbare Wellen (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) und sechs Schaltelemente (03, 04, 05, 15, 17, 18), wobei der zweite und der dritte Planetensatz (P2, P3) einen schaltbaren Vorschaltradsatz bilden und der erste und der vierte Planetensatz (P1, P4) den Hauptradsatz bilden, wobei das Sonnenrad des Planetensatzes (P2) mittels der Welle (5) über eine Bremse (05) an ein Gehäuse (G) ankoppelbar und über eine Kupplung (15) mit der Antriebswelle (1) verbindbar ist, wobei die Stege des zweiten und des dritten Planetensatzes (P2, P3) mittels der Welle (4) über eine Bremse (04) an ein Gehäuse (G) ankoppelbar sind und das Sonnenrad des Planetensatzes (P3) über die Welle (8) und eine Kupplung (18) mit der Antriebswelle (1) verbindbar ist, wobei die Hohlräder des zweiten und dritten Planetensatzes (P2, P3) mittels der Welle (6) mit dem HohlPlanetensatzes (P1) verbunden sind und das Hohlrad des Planetensatzes (P4) und das Sonnenrad des Planetensatzes (P1) miteinander verbunden sind, wobei das Sonnenrad des Planetensatzes (P4) mittels der Welle (3) über eine Bremse (03) an ein Gehäuse (G) ankoppelbar ist, wobei die Stege des ersten und des vierten Planetensatzes (P1, P4) mittels der Welle (7) und der Kupplung (17) mit der Antriebswelle (1) verbindbar sind und wobei die Abtriebswelle (2) mit dem Hohlrad des ersten ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere ein Automatgetriebe für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Automatgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, umfassen nach dem Stand der Technik Planetensätze, die mittels Reibungs- bzw. Schaltelementen, wie etwa Kupplungen und Bremsen, geschaltet werden und üblicherweise mit einem einer Schlupfwirkung unterliegenden und wahlweise mit einer Überbrückungskupplung versehenen Anfahrelement, wie etwa einem hydrodynamischen Drehmomentwandler oder einer Strömungskupplung, verbunden sind.
Derartige Automatgetriebe sind beispielsweise aus der DE 199 49 507 A1 der Anmelderin ein Mehrstufengetriebe bekannt, bei denen an der Antriebswelle zwei nicht schaltbare Vorschaltradsätze vorgesehen sind, die ausgangsseitig zwei Drehzahlen erzeugen, die neben der Drehzahl der Antriebswelle wahlweise auf einen auf die Abtriebswelle wirkenden, schaltbaren Doppelplanetenradsatz durch selektives Schließen der verwendeten Schaltelemente derart schaltbar sind, dass zum Umschalten von einem Gang in den jeweils nächstfolgenden höheren oder niedrigeren Gang von den beiden gerade betätigten Schaltelementen jeweils nur ein Schaltelement zu- oder abgeschaltet werden muss. Unter Verwendung von fünf Schaltelementen werden hierbei sieben Vorwärtsgänge erzielt, unter Verwendung von sechs Schaltelementen neun oder zehn Vorwärtsgänge.
Des weiteren ist aus der DE 102 13 820 A1 ein Mehrgangautomatikgetriebe mit acht Vorwärtsgängen und einen Rückwärtsgang bekannt, umfassend einen ersten Eingangspfad T1 eines ersten Übersetzungsverhältnisses; einen Eingangspfad T2, der ein größeres Übersetzungsverhältnis als dieser Ein gangspfad T1 hat; einen Planetenradsatz vom Typ Ravigneaux mit vier Elementen, wobei die vier Elemente ein erstes Element, ein zweites Element, ein drittes Element und ein viertes Element in der Reihenfolge der Elemente in einem Drehzahldiagramm sind; eine Kupplung C-2, die eine Drehung des Eingangspfads T2 auf das erste Element S3 überträgt; eine Kupplung C-1, die die Drehung von dem Eingangspfad T2 auf das vierte Element S2 überträgt; eine Kupplung C-4, die eine Drehung von dem Eingangspfad T1 auf das erste Element überträgt; eine Kupplung C-3, die die Drehung von dem Eingangspfad T1 auf das zweite Element C3 überträgt; eine Bremse B-1, die den Eingriff des vierten Elements herstellt; eine Bremse B-2, die den Eingriff des zweiten Elements herstellt; und ein Abtriebselement, das mit dem dritten Element S3 gekoppelt ist.
Ein 9-Gang-Mehrstufengetriebe ist ferner aus der DE 29 36 969 A1 bekannt; es umfasst acht Schaltelemente und vier Radsätze, wobei ein Radsatz als Vorschaltgetriebe dient und das Hauptgetriebe einen Simpson-Satz und einen weiteren als Umkehrgetriebe dienenden Radsatz aufweist.
Weitere Mehrstufengetriebe sind beispielsweise aus der DE 102005010210 A1 und der DE102006006637 A1 der Anmelderin bekannt.
Automatisch schaltbare Fahrzeuggetriebe in Planetenbauweise im Allgemeinen sind im Stand der Technik bereits vielfach beschrieben und unterliegen einer permanenten Weiterentwicklung und Verbesserung. So sollen diese Getriebe 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.
Aus der noch nicht veröffentlichten DE 102008000428.3 der Anmelderin ist ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise bekannt, welches einen Antrieb und einen Abtrieb aufweist, welche in einem Gehäuse angeordnet sind. Bei dem bekannten Getriebe sind zumindest vier Planetensätze, im Folgenden als erster, zweiter, dritter und vierter Planetensatz bezeichnet, mindestens acht drehbare Wellen – im Folgenden als Antriebswelle, Abtriebswelle, dritte, vierte, fünfte, sechste, siebte und achte Welle bezeichnet – sowie zumindest sechs Schaltelemente, umfassend Bremsen und Kupplungen, vorgesehen, deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb bewirkt, so dass vorzugsweise neun Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar ist.
Hierbei bilden der erste und der zweite Planetensatz, die vorzugsweise als Minus-Planetensätze ausgebildet sind, einen schaltbaren Vorschaltradsatz, wobei der dritte und der vierte Planetensatz einen Hauptradsatz bilden.
Bei dem bekannten Mehrstufengetriebe ist vorgesehen, dass die Stege des ersten und des zweiten Planetensatzes über die vierte Welle miteinander gekoppelt sind, welche mit einem Element des Hauptradsatzes verbunden ist, dass das Hohlrad des ersten Planetensatzes mit dem Sonnenrad des zweiten Planetensatzes über die achte Welle gekoppelt ist, welche über eine erste Kupplung mit der Antriebswelle lösbar verbindbar ist und dass das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mittels der dritten Welle über eine erste Bremse an ein Gehäuse des Getriebes ankoppelbar und über eine zweite Kupplung mit der Antriebswelle lösbar verbindbar ist, wobei das Hohlrad des zweiten Planetensatzes mittels der fünften Welle über eine zweite Bremse an ein Gehäuse des Getriebes ankoppelbar ist. Zudem ist die siebte Welle mit zumindest einem Element des Hauptradsatzes ständig verbunden und über eine dritte Bremse an ein Gehäuse des Getriebes ankoppelbar, wobei die sechste Welle mit zumindest einem weiteren Element des Hauptradsatzes ständig verbunden und über eine dritte Kupplung mit der Antriebswelle lösbar verbindbar ist; die Abtriebswelle ist mit zumindest einem weiteren Element des Hauptradsatzes ständig verbunden.
Vorzugsweise ist bei dem bekannten Getriebe die vierte Welle ständig mit dem Hohlrad des dritten Planetensatzes verbunden, wobei die sechste Welle ständig mit dem Hohlrad des vierten Planetensatzes und dem Steg des dritten Planetensatzes verbunden und über die dritte Kupplung mit der Antriebswelle lösbar verbindbar ist. Ferner ist die siebte Welle ständig mit den Sonnenrädern des dritten und vierten Planetensatzes verbunden und über die dritte Bremse an ein Gehäuse des Getriebes ankoppelbar. Der Abtrieb erfolgt hierbei über die ständig mit dem Steg des vierten Planetensatzes verbundene Abtriebswelle. Des weiteren können der dritte und der vierte Planetensatz zu einem Ravigneaux-Satz mit gemeinsamen Steg und gemeinsamen Hohlrad zusammengesetzt bzw. reduziert sein.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehrstufengetriebe der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welches mindestens neun Vorwärtsgänge und mindestens einen Rückwärtsgang mit ausreichender Übersetzung aufweist, bei dem der Bauaufwand und die Baugröße, insbesondere die Baulänge, bzw. das Gewicht optimiert werden und zudem der Wirkungsgrad hinsichtlich der Schlepp- und Verzahnungsverluste verbessert wird. Zudem sollen bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe geringe Stützmomente auf die Schaltelemente wirken. Insbesondere soll das erfindungsgemäße Getriebe für eine Front-Quer-Bauweise geeignet sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise vorgeschlagen, welches einen Antrieb und einen Abtrieb aufweist, welche in einem Gehäuse angeordnet sind. Des werteren sind zumindest vier Planetensätze, im Folgenden als erster, zweiter, dritter und vierter Planetensatz bezeichnet, mindestens acht drehbare Wellen – im Folgenden als Antriebswelle, Abtriebswelle, dritte, vierte, fünfte, sechste, siebte und achte Welle bezeichnet – sowie zumindest sechs Schaltelemente, umfassend Bremsen und Kupplungen, vorgesehen, deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb bewirkt, so dass vorzugsweise neun Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar ist. Vorzugsweise sind der zweite und der dritte Planetensatz zu einem Ravigneaux – Satz mit gemeinsamen Steg und gemeinsamen Hohlrad zusammengesetzt bzw. reduziert.
Gemäß der Erfindung bilden der zweite und der dritte Planetensatz einen schaltbaren Vorschaltradsatz, wobei der erste und der vierte Planetensatz den Hauptradsatz bilden, wobei das Sonnenrad des zweiten Planetensatzes mittels der fünften Welle über eine erste Bremse an das Gehäuse ankoppelbar und über eine erste Kupplung mit der Antriebswelle lösbar verbindbar ist, wobei die Stege des zweiten und des dritten Planetensatzes mittels der vierten Welle über eine zweite Bremse an das Gehäuse ankoppelbar sind und das Sonnenrad des dritten Planetensatzes über die achte Welle und eine zweite Kupplung mit der Antriebswelle lösbar verbindbar ist.
Des weiteren sind die Hohlräder des zweiten und dritten Planetensatzes mittels der sechsten Welle mit dem Hohlrad des vierten Planetensatzes und dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes verbunden; das Hohlrad des vierten Planetensatzes und das Sonnenrad des ersten Planetensatzes sind miteinander verbunden. Gemäß der Erfindung ist das Sonnenrad des vierten Planetensatzes mittels der dritten Welle über eine dritte Bremse an ein Gehäuse des Getriebes ankoppelbar, wobei die Stege des ersten und des vierten Planetensatzes mittels der siebten Welle und einer dritten Kupplung mit der Antriebswelle lösbar verbindbar sind und wobei die Abtriebswelle mit dem Hohlrad des ersten Planetensatzes verbunden ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Mehrstufengetriebes ergeben sich insbesondere für Personenkraftwagen geeignete Übersetzungen sowie eine erhebliche Erhöhung der Gesamtspreizung des Mehrstufengetriebes, wodurch eine Verbesserung des Fahrkomforts und eine signifikante Verbrauchsabsenkung bewirkt werden.
Darüber hinaus wird mit dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe durch eine geringe Anzahl an Schaltelementen, der Bauaufwand erheblich reduziert. In vorteilhafter Weise ist es mit dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe möglich, ein Anfahren mit einem hydrodynamischen Wandler, einer externen Anfahrkupplung oder auch mit sonstigen geeigneten externen Anfahrelementen durchzuführen. Es ist auch denkbar, einen Anfahrvorgang mit einem im Getriebe integrierten Anfahrelement zu ermöglichen. Vorzugsweise eignet sich ein Schaltelement, welches im ersten Vorwärtsgang und im Rückwärtsgang betätigt wird.
Des weiteren ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe ein guter Wirkungsgrad in den Hauptfahrgängen bezüglich der Schlepp- und Verzahnungsverluste.
Ferner liegen geringe Momente in den Schaltelementen und in den Planetensätzen des Mehrstufengetriebes vor, wodurch der Verschleiß bei dem Mehrstufengetriebe in vorteilhafter Weise reduziert wird. Zudem wird durch die geringen Momente eine entsprechend geringe Dimensionierung ermöglicht, wodurch der benötigte Bauraum und die entsprechenden Kosten reduziert werden. Darüber hinaus liegen auch geringe Drehzahlen bei den Wellen, den Schaltelementen und den Planetensätzen vor.
Außerdem ist das erfindungsgemäße Getriebe derart konzipiert, dass eine Anpassbarkeit an unterschiedliche Triebstrangausgestaltungen sowohl in Kraftflussrichtung als auch in räumlicher Hinsicht ermöglicht wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. In diesen stellen dar:
1: Eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
2: Ein beispielhaftes Schaltschema für ein Mehrstufengetriebe gemäß 1;
3: Ein Diagramm zur Veranschaulichung des der jeweiligen Übersetzung i eines Ganges entsprechenden Stufensprungs phi für das in 1 gezeigte Getriebe; und
4: Ein Diagramm zur Veranschaulichung des dem jeweiligen Gang entsprechenden Wirkungsgrades für das in 1 gezeigte Getriebe.
In 1 ist ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe mit einer Antriebswelle 1, einer Abtriebswelle 2 und vier Planetensätzen P1, P2, P3 und P4 dargestellt, welche in einem Gehäuse G angeordnet sind. Dabei bilden der zweite und der dritte Planetensatz P2, P3 einen schaltbaren Vorschaltradsatz; der erste und der vierte Planetensatz P1, P4 bilden den Hauptradsatz.
Hierbei sind der erste, der zweite und der vierte Planetensatz als Minus-Planetensätze ausgebildet, wobei der dritte Planetensatz P3 als Plus-Planetensatz ausgeführt ist. Ein einfacher Minus-Planetensatz umfasst bekanntlich ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, an dem Planetenräder verdrehbar gelagert sind, die jeweils mit Sonnenrad und Hohlrad kämmen. Hierdurch weist das Hohlrad bei festgehaltenem Steg eine zum Sonnenrad entgegengesetzte Drehrichtung auf. Demgegenüber umfasst ein einfacher Plus-Planetensatz ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, an dem innere und äußere Planetenräder verdrehbar gelagert sind, wobei alle inneren Planetenräder mit dem Sonnenrad und alle äußeren Planetenräder mit dem Hohlrad kämmen, wobei jedes innere Planetenrad mit jeweils einem äußeren Planetenrad kämmt. Hierdurch weist das Hohlrad bei festgehaltenem Steg die gleiche Drehrichtung auf wie das Sonnenrad.
Bei dem in 1 gezeigten Beispiel sind der zweite und der dritte Planetensatz P2, P3 zu einem Ravigneaux-Satz mit gemeinsamen Steg und gemeinsamen Hohlrad zusammengesetzt bzw. reduziert.
Gemäß weiterer Ausführungsformen können die Planetensätze P2 und P3 als separate Planetensätze ausgeführt sein. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel, das sich insbesondere für eine Front-Quer-Bauweise eignet, sind die den Hauptsatz bildenden Planetensätze P1, P4 axial betrachtet in der gleichen Radsatzebene angeordnet, wobei der erste Planetensatz P1 radial betrachtet über dem vierten Planetensatz P4 angeordnet ist, wodurch sich die insgesamt vier Planetensätze P1, P2, P3, P4 räumlich axial betrachtet auf drei Radsatzebenen beschränken. Hierbei ist das Hohlrad des vierten Planetensatzes P4 mit dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes P1 verbunden.
Wie aus 1 ersichtlich, sind sechs Schaltelemente, nämlich drei Bremsen 03, 04, 05 und drei Kupplungen 15, 17 und 18 vorgesehen. Die räumliche Anordnung der Schaltelemente kann beliebig sein und wird nur durch die Abmessungen und die äußere Formgebung begrenzt.
Mit diesen Schaltelementen ist ein selektives Schalten von neun Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang realisierbar. Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe weist insgesamt acht drehbare Wellen auf, nämlich die Wellen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8, wobei die Antriebswelle die erste Welle und die Abtriebswelle die zweite Welle des Getriebes bildet.
Erfindungsgemäß ist bei dem Mehrstufengetriebe gemäß 1 vorgesehen, dass das Sonnenrad des zweiten Planetensatzes P2 mittels der fünften Welle 5 über eine erste Bremse 05 an das Gehäuse G des Getriebes ankoppelbar und über eine erste Kupplung 15 mit der Antriebswelle 1 lösbar verbindbar ist, wobei der Steg des Ravigneaux-Satzes bzw. die Stege des zweiten und des dritten Planetensatzes P2, P3 mittels der vierten Welle 4 über eine zweite Bremse 04 an das Gehäuse G des Getriebes ankoppelbar sind. Des werteren ist das Sonnenrad des dritten Planetensatzes P3 über die achte Welle 8 und eine zweite Kupplung 18 mit der Antriebswelle 1 lösbar verbindbar.
Gemäß der Erfindung ist das Hohlrad des Ravigneaux-Satzes bzw. sind die Hohlräder des zweiten und dritten Planetensatzes P2, P3 mittels der sechsten Welle 6 mit dem Hohlrad des vierten Planetensatzes P4 und dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes P1 verbunden, wobei das Hohlrad des vierten Planetensatzes P4 und das Sonnenrad des ersten Planetensatzes P1 vorzugsweise über eine Verzahnung miteinander verbunden sind. Des weiteren ist das Sonnenrad des vierten Planetensatzes P4 mittels der dritten Welle 3 über eine dritte Bremse 03 an das Gehäuse G des Getriebes ankoppelbar, wobei die Stege des ersten und des vierten Planetensatzes P1, P4 mittels der siebten Welle 7 und einer dritten Kupplung 17 mit der Antriebswelle 1 lösbar verbindbar sind und wobei die Abtriebswelle 2 mit dem Hohlrad des ersten Planetensatzes P1 verbunden ist.
Vorzugsweise ist die erste Kupplung 15 radial betrachtet unterhalb des zweiten Planetensatzes P2 angeordnet; die zweite Kupplung 18 ist radial betrachtet unterhalb des dritten Planetensatzes P3 angeordnet. Des weiteren sind die erste und zweite Bremse 05, 04 axial betrachtet nebeneinander angeordnet, wobei die drei Kupplungen 15, 18 und 17 axial betrachtet in der Reihenfolge „erste Kupplung 15 – zweite Kupplung 18 – dritte Kupplung 17” angeordnet sind.
In 2 ist ein beispielhaftes Schaltschema eines Mehrstufengetriebes gemäß 1 dargestellt. Für jeden Gang werden drei Schaltelemente geschlossen. Dem Schaltschema können die jeweiligen Übersetzungen i der einzelnen Gangstufen und die daraus zu bestimmenden Gangsprünge bzw. Stufensprünge phi zum nächst höheren Gang beispielhaft entnommen werden, wobei der Wert 10,016 die Spreizung darstellt.
Typische Werte für die Standübersetzungen der Planetensätze P1, P2, P3 und P4 sind jeweils –1,60, –1,80, 2,50 und –2,20. Aus 2 wird ersichtlich, dass bei sequentieller Schaltweise Doppelschaltungen bzw. Gruppenschaltungen vermieden werden, da zwei benachbarte Gangstufen zwei Schaltelemente gemeinsam benutzen, wobei insgesamt neun Vorwärts-Gänge und ein Rückwärts-Gang schaltbar sind. Ferner wird ersichtlich, dass eine große Spreizung bei kleinen Gangsprüngen erzielt wird.
Die zweite Kupplung 18 und/oder die dritte Bremse 03 sind vorzugsweise als Klauenschaltelemente ausgeführt. Dadurch werden die Schleppmomente des Getriebes, die aufgrund des geringen Abstandes zwischen den Reibflächen eines Reibschaltelementes im offenen Zustand und des darin enthaltenen Öls bzw. Luft-Öl-Gemisches entstehen, reduziert. Die übrigen Kupplungen 15, 17 und die übrigen Bremsen 04, 05 sind vorzugsweise als Reibschaltelemente bzw. Lamellenschaltelemente ausgeführt.
Der erste Vorwärts-Gang ergibt sich durch Schließen der zweiten Kupplung 18 und der zweiten und dritten Bremse 04 und 03, der zweite Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten und dritten Bremse 05, 03 und der zweiten Kupplung 18, der dritte Vorwärts-Gang durch Schließen der dritten Bremse 03 und der ersten und zweiten Kupplung 15, 18, der vierte Vorwärts-Gang durch Schließen der dritten Bremse 03 und der dritten und zweiten Kupplung 17, 18, der fünfte Vorwärts-Gang durch Schließen der drei Kupplungen 15, 17 und 18, der sechste Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten Bremse 05 und der dritten und zweiten Kupplung 17, 18, der siebte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse 04 und der dritten und zweiten Kupplung 17, 18, der achte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten und zweiten Bremse 05, 04 und der dritten Kupplung 17 und der neunte Vorwärts-Gang ergibt sich durch Schließen der zweiten Bremse 04 und der ersten und dritten Kupplung 15, 17.
Wie aus dem Schaltschema ersichtlich, ergibt sich der Rückwärtsgang durch Schließen der dritten und zweiten Bremse 03, 04 und der ersten Kupplung 15.
Dadurch, dass im ersten Vorwärtsgang und im Rückwärtsgang die dritte und zweite Bremse 03, 04 geschlossen sind, können diese Schaltelemente (als Reibschaltelemente bzw. Lamellenschaltelemente ausgeführt) als Anfahrelemente eingesetzt werden.
Gemäß der Erfindung können sich auch bei gleichem Getriebeschema je nach Schaftlogik unterschiedliche Gangsprünge ergeben, so dass eine anwendungs- bzw. fahrzeugspezifische Variation ermöglicht wird.
Ein Diagramm zur Veranschaulichung des der jeweiligen Übersetzung i eines Ganges entsprechenden Stufensprungs phi für das in 1 gezeigte Getriebe entsprechend den in 2 gezeigten Werten ist Gegenstand der 3.
Anhand des in 4 gezeigten Diagramms, welches den Wirkungsgrad eta in Abhängigkeit vom jeweiligen Gang eines erfindungsgemäßen Getriebes darstellt wird deutlich, dass die Ausführung des zweiten und des dritten Planetensatzes als Ravigneaux-Satz in einer Verbesserung des Wirkungsgrades im zweiten und sechsten Vorwärtsgang resultiert.
Erfindungsgemäß ist es 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 erfindungsgemäß ein Achsdifferential und/oder ein Verteilerdifferential angeordnet werden.
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Antriebswelle 1 durch ein Kupplungselement von einem Antriebs-Motor nach Bedarf getrennt werden, wobei als Kupplungselement ein hydrodynamischer Wandler, eine hydraulische Kupplung, eine trockene Anfahrkupplung, eine nasse Anfahrkupplung, eine Magnetpulverkupplung oder eine Fliehkraftkupplung einsetzbar sind. Es ist auch möglich, ein derartiges Anfahrelement in Kraftflussrichtung hinter dem Getriebe anzuordnen, wobei in diesem Fall die Antriebswelle 1 ständig mit der Kurbelwelle des Motors verbunden ist.
Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe ermöglicht außerdem die Anordnung eines Torsionsschwingungsdämpfers zwischen Motor und Getriebe.
Im Rahmen einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann auf jeder Welle, bevorzugt auf der Antriebswelle 1 oder der Abtriebswelle 2, eine verschleißfreie Bremse, wie z. B. ein hydraulischer oder elektrischer Retarder oder dergleichen, angeordnet sein, was insbesondere für den Einsatz in Nutzkraftfahrzeugen von besonderer Bedeutung ist. Des weiteren kann zum Antrieb von zusätzlichen Aggregaten auf jeder Welle, bevorzugt auf der Antriebswelle 1 oder der Abtriebswelle 2, ein Nebenabtrieb vorgesehen sein.
Die eingesetzten Reibschaltelemente können als lastschaltende Kupplungen oder Bremsen ausgebildet sein. Insbesondere können kraftschlüssige Kupplungen oder Bremsen, wie z. B. Lamellenkupplungen, Bandbremsen und/oder Konuskupplungen, verwendet werden.
Ein weiterer Vorteil des hier vorgestellten Mehrstufengetriebes besteht darin, dass auf jeder Welle als Generator und/oder als zusätzliche Antriebsmaschine eine elektrische Maschine anbringbar ist.
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, Antriebswelle
2: zweite Welle, Abtriebswelle
3: dritte Welle
4: vierte Welle
5: fünfte Welle
6: sechste Welle
7: siebte Welle
8: achte Welle
03: dritte Bremse
04: zweite Bremse
05: erste Bremse
15: erste Kupplung
17: dritte Kupplung
18: zweite Kupplung
P1: erster Planetensatz
P2: zweiter Planetensatz
P3: dritter Planetensatz
P4: vierter Planetensatz
i: Übersetzung
phi: Stufensprung
G: Gehäuse
eta: Wirkungsgrad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19949507 A1 [0003]
- DE 10213820 A1 [0004]
- DE 2936969 A1 [0005]
- DE 102005010210 A1 [0006]
- DE 102006006637 A1 [0006]
- DE 102008000428 [0008]

Claims

Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere Automatgetriebe für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Antriebswelle (1), eine Abtriebswelle (2) und vier Planetensätze (P1, P2, P3, P4), welche in einem Gehäuse (G) angeordnet sind, vier Planetensätze (P1, P2, P3, P4), insgesamt mindestens acht drehbare Wellen (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) sowie sechs Schaltelemente (03, 04, 05, 15, 17, 18), umfassend Bremsen (03, 04, 05) und Kupplungen (15, 17, 18), deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle (1) und der Abtriebswelle (2) bewirkt, so dass neun Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar sind, wobei der zweite und der dritte Planetensatz (P2, P3) einen schaltbaren Vorschaltradsatz bilden und der erste und der vierte Planetensatz (P1, P4) den Hauptradsatz bilden, wobei das Sonnenrad des zweiten Planetensatzes (P2) mittels der fünften Welle (5) über eine erste Bremse (05) an das Gehäuse (G) des Getriebes ankoppelbar und über eine erste Kupplung (15) mit der Antriebswelle (1) losbar verbindbar ist, wobei ein Steg des zweiten Planetensatzes (P2) und ein Steg des dritten Planetensatzes (P3) mittels der vierten Welle (4) über eine zweite Bremse (04) an das Gehäuse (G) des Getriebes ankoppelbar sind und das Sonnenrad des dritten Planetensatzes (P3) über die dritte Welle (8) und eine zweite Kupplung (18) mit der Antriebswelle (1) lösbar verbindbar ist, wobei die Hohlräder des zweiten und dritten Planetensatzes (P2, P3) mittels der Welle (6) mit dem Hohlrad des vierten Planetensatzes (P4) und dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes (P1) verbunden sind, wobei das Hohlrad des vierten Planetensatzes (P4) und das Sonnenrad des ersten Planetensatzes (P1) miteinander verbunden sind, wobei das Sonnenrad des vierten Planetensatzes (P4) mittels der dritten Welle (3) über eine dritte Bremse (03) an das Gehäuse (G) des Getriebes ankoppelbar ist, wobei die Stege des ersten und des vierten Planetensatzes (P1, P4) mittels der siebten Welle (7) und einer dritten Kupp lung (17) mit der Antriebswelle (1) lösbar verbindbar sind und wobei die Abtriebswelle (2) mit dem Hohlrad des ersten Planetensatzes (P1) verbunden ist.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite und der dritte Planetensatz (P2, P3) zu einem Ravigneaux-Satz mit gemeinsamen Steg und gemeinsamen Hohlrad zusammengesetzt bzw. reduziert sind, wobei der Steg des Ravigneaux-Satzes mittels der vierten Welle (4) über eine zweite Bremse (04) an das Gehäuse (G) des Getriebes ankoppelbar ist und das Hohlrad des Ravigneaux-Satzes mittels der sechsten Welle (6) mit dem Hohlrad des vierten Planetensatzes (P4) und dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes (P1) verbunden ist.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, der zweite und der vierte Planetensatz (P1, P2, P4) als Minus-Planetensätze ausgebildet sind, wobei der dritte Planetensatz (P3) als Plus-Planetensatz ausgeführt ist.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass die den Hauptradsatz bildenden Planetensätze (P1, P4) axial betrachtet in der gleichen Radsatzebene angeordnet sind, wobei der erste Planetensatz (P1) radial betrachtet über dem vierten Planetensatz (P4) angeordnet ist, wodurch sich die insgesamt vier Planetensätze (P1, P2, P3, P4) räumlich axial betrachtet auf drei Radsatzebenen beschränken.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplung (15) radial betrachtet unterhalb des zweiten Planetensatzes (P2) angeordnet ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kupplung (18) radial betrachtet unterhalb des dritten Planetensatzes (P3) angeordnet ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Kupplungen (15), (18) und (17) axial betrachtet in der Reihenfolge „erste Kupplung – zweite Kupplung – dritte Kupplung” angeordnet sind.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Bremse (05), (04) axial betrachtet nebeneinander angeordnet sind.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kupplung (18) und/oder die dritte Bremse (03) als Klauenschaltelemente ausgeführt sind, wobei die übrigen Kupplungen (15, 17) und die übrigen Bremsen (04, 05) als Reibschaltelemente ausgeführt sind.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Kupplung (18) und der zweiten und dritten Bremse (04, 03), der zweite Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten und dritten Bremse (05, 03) und der zweiten Kupplung (18), der dritte Vorwärts-Gang durch Schließen der dritten Bremse (03) und der ersten und zweiten Kupplung (15, 18), der vierte Vorwärts-Gang durch Schließen der dritten Bremse (03) und der dritten und zweiten Kupplung (17, 18), der fünfte Vorwärts-Gang durch Schließen der drei Kupplungen (15), (17) und (18), der sechste Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten Bremse (05) und der dritten und zweiten Kupplung (17, 18), der siebte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse (04) und der dritten und zweiten Kupplung (17, 18), der achte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten und zweiten Bremse (05, 04) und der dritten Kupplung (17) und der neunte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse (04) und der ersten und dritten Kupplung (15, 17) ergibt und dass sich der Rückwärtsgang durch Schließen der dritten und zweiten Bremse (03, 04) und der ersten Kupplung (15) ergibt.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anfahren mittels der dritten oder zweiten Bremse (03, 04) des Getriebes erfolgt.