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Die
Erfindung betrifft eine Getriebeeinheit für einen Antriebsstrang eines
Kraftfahrzeugs.
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Es
sind bereits Getriebeeinheiten mit vier Planetenradsätzen und
fünf Koppeleinheiten
bekannt.
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Der
Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine kompakte
Getriebeeinheit mit einer hohen Anzahl von Vorwärtsgetriebegängen bereitzustellen.
Sie wird gemäß der Erfindung
durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß wird eine
Getriebeeinheit, insbesondere eine Kraftfahrzeuggetriebeeinheit,
mit vier, einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten,
entlang einer Hauptrotationsachse hintereinander angeordneten Planetenradgetrieben, mit
fünf Koppeleinheiten,
die dazu vorgesehen sind, zumindest acht Vorwärtsgetriebegänge zu schalten, mit
einer Antriebseinheit, die drehfest mit einem ersten Planetenradträger des
ersten Planetenradgetriebes und einem zweiten Hohlrad des zweiten
Planetenradgetriebes verbunden ist, und mit einer Abtriebseinheit,
die drehfest mit einem vierten Hohlrad des vierten Planetenradgetriebes
und einem Kopplungselement verbunden ist, vorgeschlagen. Dadurch
kann eine Getriebeeinheit bereitgestellt werden, die eine kompakte
Bauweise bei einer hohen Anzahl von Gängen mit guter Stufung und
ausreichender Spreizung bereitstellt.
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Unter
einer „Koppeleinheit" soll insbesondere
sowohl eine Kupplungseinheit als auch eine Bremseinheit verstanden
werden. Unter einer „Kupplungseinheit" soll insbesondere
eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, zwei drehbar angeordnete
Kopplungselemente wahlweise drehfest zu verbinden oder zu trennen.
Unter einer „Bremseinheit" soll insbesondere
eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, ein drehbares
Kopplungselement mit einer feststehenden Einheit, insbesondere einem
Getriebegehäuse,
wahlweise drehfest zu verbinden oder zu trennen.
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Unter „einem
ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten Planetenradgetriebe,
die entlang einer Hauptrotationsachse hintereinander angeordnet
sind", soll in diesem
Zusammenhang insbesondere eine Reihenfolge von vier Planetenradgetrieben
verstanden werden, die entlang der Hauptrotationsachse in dieser
Reihenfolge angeordnet sind, wobei vorteilhafterweise das erste
Planetenradgetriebe der Antriebwelle zugewandt ist. Zur Vereinfachung
sollen weiter unter einem „ersten
bis vierten Planetenradträger", einem „ersten
bis vierten Sonnenrad" und
einem „ersten
bis vierten Hohlrad" ein dem
ersten bis vierten Planetenradgetriebe zugeordneter Planetenradträger bzw.
ein Sonnenrad oder ein Hohlrad verstanden werden, d. h. beispielsweise, dass
unter dem ersten Planetenradträger
ein Planetenradträger
des ersten Planetenradgetriebes verstanden werden soll.
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Als
ein alternatives Ausführungsbeispiel
wird eine Getriebeeinheit, insbesondere eine Kraftfahrzeuggetriebeeinheit,
mit vier, einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten,
entlang einer Hauptrotationsachse hintereinander angeordneten Planetenradgetrieben,
mit fünf
Koppeleinheiten, die dazu vorgesehen sind, zumindest acht Vorwärtsgetriebegänge zu schalten,
mit einer Antriebseinheit, die drehfest mit einem ersten Planetenradträger des ersten
Planetenradgetriebes und einem zweiten Hohlrad des zweiten Planetenradgetriebes
verbunden ist, und mit einer Abtriebseinheit, die drehfest mit einem
vierten Sonnenrad des vierten Planetenradgetriebes und einem Kopplungselement
verbunden ist, vorgeschlagen. Vorzugsweise ist das vierte Planetenradgetriebe
als ein Planetenradgetriebe ausgestaltet, das zwei Sonnenräder aufweist,
die mittels eines Planetenradträgers
und eines Planetenradsatzes wirkungsmäßig miteinander verbunden sind.
Vorteilhafterweise ist der Planetenradsatz als ein Stufenplanetenradsatz
ausgestaltet, der paarweise angeordnete Planetenräder aufweist.
Die Planetenräder kämmen vorzugsweise
jeweils mit einem der beiden Sonnenräder. Vorteilhafterweise sind
die Planetenräder
drehfest miteinander verbunden.
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Weitere
Ausgestaltungen und weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden
Zeichnungsbeschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen. In
den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der
Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die
Ansprüche
enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird
die Merkmale zweckmäßigerweise
auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen
zusammenfassen.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Getriebeeinheit,
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2 beispielhafte Übersetzungsverhältnisse
für Vorwärtsgetriebegänge der
Getriebeeinheit,
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3 eine
Schaltlogik der Getriebeeinheit,
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4 eine
Schaltbarkeit der Getriebeeinheit und
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5 eine
alternativ ausgestaltete Getriebeeinheit.
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1 zeigt
eine Getriebeeinheit, die als eine Kraftfahrzeuggetriebeeinheit
ausgestaltet ist. Die Getriebeeinheit weist vier Planetenradgetriebe
P1a, P2a, P3a, P4a auf. Das erste Planetenradgetriebe P1a, das zweite
Planetenradgetriebe P2a, das dritte Planetenradgetriebe P3a und
das vierte Planetenradgetriebe P4a sind hintereinander entlang einer Hauptrotationsachse 10a angeordnet.
Die Getriebeeinheit weist fünf
Koppeleinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a auf. Diese sind dazu vorgesehen,
genau acht Vorwärtsgetriebegänge V1a,
V2a, V3a, V4a, V5a, V6a, V7a, V8a zu schalten.
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Die
Getriebeeinheit ist dazu vorgesehen, eine nicht näher dargestellte
Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs mit nicht näher dargestellten
Antriebsrädern
des Kraftfahrzeugs zu verbinden. Mittels der Getriebeeinheit kann
ein Übersetzungsverhältnis zwischen
der Antriebsmaschine und den Antriebsrädern eingestellt werden. Die
Getriebeeinheit kann mit einem Hybridantriebsmodul verbunden werden,
mittels dem das Antriebsmoment verändert werden kann. Weiter kann
mittels des Hybridantriebsmoduls und der Getriebeeinheit ein CVT
realisiert werden, wodurch eine Getriebeeinheit realisiert werden
kann, deren Übersetzungsverhältnis zumindest
in Teilbereichen stufenlos eingestellt werden kann.
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Die
Getriebeeinheit weist eine Antriebseinheit 11a auf, die
dazu vorgesehen ist, ein Antriebsmoment in die Getriebeeinheit einzuleiten.
Der Antriebseinheit 11a kann ein nicht näher dargestelltes Modul
vorgeschaltet sein, das insbesondere dazu vorgesehen sein soll,
eine Anfahrfunktionalität
bereitzustellen. Als ein vorgeschaltetes Modul ist beispielsweise
ein Wandler oder eine nasse Anfahrkupplung denkbar. Grundsätzlich kann
das zum Anfahren vorgesehene Modul aber auch in die Getriebeeinheit
integriert sein oder beispielsweise eine der Koppeleinheiten S1a,
S2a, S3a, S4a, S5a zum Anfahren verwendet werden.
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Weiter
weist die Getriebeeinheit eine Abtriebseinheit 12a auf,
die dazu vorgesehen ist, ein Antriebsmoment aus der Getriebeeinheit
auszuleiten. Die Abtriebseinheit 12a ist dazu vorgesehen,
mit einem Antriebsstrang für
die Antriebsräder
des Kraftfahrzeugs verbunden zu werden. Der Abtriebseinheit 12a kann
ein nicht näher
dargestelltes Modul nachgeschaltet sein, mittels dem das aus der
Getriebeeinheit ausgeleitete Moment auf die Antriebsräder verteilt
werden kann, wie beispielsweise ein Planetenradgetriebe, das für einen
Drehzahlausgleich zwischen den Antriebsrädern vorgesehen ist, oder eine Allradantriebseinheit,
die das Antriebsmoment auf zwei verschiedene Antriebsachsen verteilt.
Die Antriebseinheit 11a und die Abtriebseinheit 12a können grundsätzlich beliebig
zueinander angeordnet sein. Dabei ist insbesondere eine koaxiale
Anordnung auf gegenüberliegenden
Seiten der Getriebeeinheit vorteilhaft. Aber auch eine Anordnung
auf der gleichen Seite der Getriebeeinheit ist denkbar.
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Das
erste Planetenradgetriebe P1a ist eingangsseitig angeordnet. Das
erste Planetenradgetriebe P1a weist einen Einfachplanetenradsatz
auf. Der Einfachplanetenradsatz umfasst ein erstes Sonnenrad P11a,
ein erstes Hohlrad P13a und einen ersten Planetenradträger P12a.
Der Planetenradträger führt Planetenräder P14a
auf einer Kreisbahn. Die Planetenräder P14a kämmen mit dem Sonnenrad P11a
und mit dem Hohlrad P13a. Die Planetenräder P14a sind drehbar auf dem
Planetenradträger
P12a gelagert. Das erste Planetenradgetriebe P1a weist zwischen
dem Sonnenrad P11a und dem Hohlrad P13a bei fixiertem Planetenradträger P12a
ein Standübersetzungsverhältnis von –2,311 auf.
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Das
zweite Planetenradgetriebe P2a ist mittig eingangsseitig angeordnet.
Das zweite Planetenradgetriebe P2a weist einen Einfachplanetenradsatz auf.
Der Einfachplanetenradsatz umfasst ein zweites Sonnenrad P21a, ein
zweites Hohlrad P23a und einen zweiten Planetenradträger P22a.
Der Planetenradträger
P22a führt
Planetenräder
P24a auf einer Kreisbahn. Die Planetenräder P24a kämmen mit dem Sonnenrad P21a
und mit dem Hohlrad P23a. Die Planetenräder P24a sind drehbar auf dem
Planetenradträger
P22a gelagert. Das zweite Planetenradgetriebe P2a weist zwischen
dem Sonnenrad P21a und dem Hohlrad P23a bei fixiertem Planetenradträger P22a
ein Standübersetzungsverhältnis von –1,510 auf.
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Das
dritte Planetenradgetriebe P3a ist mittig ausgangsseitig angeordnet.
Das dritte Planetenradgetriebe P3a weist einen Einfachplanetenradsatz auf.
Der Einfachplanetenradsatz umfasst ein drittes Sonnenrad P31a, ein
drittes Hohlrad P33a und einen dritten Planetenradträger P32a.
Der Planetenradträger
P32a führt
Planetenräder
P34a auf einer Kreisbahn. Die Planetenräder P34a kämmen mit dem Sonnenrad P31a
und mit dem Hohlrad P33a. Die Planetenräder P34a sind drehbar auf dem
Planetenradträger
P32a gelagert. Das dritte Planetenradgetriebe P3a weist zwischen
dem Sonnenrad P21a und dem Hohlrad P23a bei fixiertem Planetenradträger P22a ein
Standübersetzungsverhältnis von –2,281 auf.
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Das
vierte Planetenradgetriebe P4a ist ausgangsseitig angeordnet. Das
vierte Planetenradgetriebe P4a weist einen Doppelplanetenradsatz
auf. Der Doppelplanetenradsatz umfasst ein viertes Sonnenrad P41a,
ein viertes Hohlrad P43a und einen vierten Planetenradträger P42a.
Der Planetenradträger
P42a ist als ein Doppelplanetenradträger ausgeführt. Er führt innere Planetenräder P44a
und äußere Planetenräder P45a
auf einer Kreisbahn. Die inneren Planetenräder P44a kämmen mit dem Sonnenrad P41a
und jeweils einem der äußeren Planetenräder P45a.
Die äußeren Planetenräder P45a
kämmen
mit dem Hohlrad P43a und jeweils einem der inneren Planetenräder P44a.
Die inneren Planetenräder P44a
und die äußeren Planetenräder P45a
sind drehbar auf dem gemeinsamen Planetenradträger P42a gelagert. Das vierte
Planetenradgetriebe P4a weist zwischen dem Sonnenrad P41a und dem
Hohlrad P43a bei fixiertem Planetenradträger P42a ein Standübersetzungsverhältnis von
2,451 auf.
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Die
drei Koppeleinheiten S2, S3, S5 sind als Kupplungseinheiten ausgebildet.
Sie weisen jeweils ein erstes drehbares Kopplungselement S21a, S31a, S51a
und ein zweites drehbares Kopplungselement S22a, S32a, S52a auf.
Die drei Koppeleinheiten S2a, S3a, S5a sind jeweils dazu vorgesehen,
ihre beiden Kopplungselemente S21a, S22a, S31a, S32a, S51a, S52a
drehfest miteinander zu verbinden.
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Die
zwei Koppeleinheiten S1a, S4a sind als Bremseinheiten ausgebildet
und weisen jeweils nur ein Kopplungselement S11a, S41a auf. Die
Koppeleinheiten S1a, S4a sind jeweils dazu vorgesehen, ihr Kopplungselement
S11a, S41a drehfest mit einem Getriebegehäuse 13a zu verbinden.
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Die
Koppeleinheiten S1a, S4a, die als Bremseinheiten ausgeführt sind,
sind außenliegend ausgeführt. Die
Koppeleinheiten S2a, S3a, S5a sind innenliegend ausgeführt. Die
Koppeleinheiten S1a, S2a, S3a, S5a sind als Lamellenpakete ausgeführt. Die
Koppeleinheit S4a ist als eine Klauenkoppeleinheit ausgeführt. Sie
weist eine nicht näher
dargestellte Synchronisiereinheit auf, auf die grundsätzlich auch
verzichtet werden kann. Die Koppeleinheiten S1a, S2a, S3a sind axialer
Richtung eingangsseitig von dem ersten Planetenradgetriebe P1a angeordnet.
Die Koppeleinheit S4a ist in axialer Richtung zwischen dem dritten
Planetenradgetriebe P3a und dem vierten Planetenradgetriebe P4a
angeordnet. Die Koppeleinheit S5a ist in axialer Richtung ausgangsseitig
von dem vierten Planetenradgetriebe P4a angeordnet.
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Die
Antriebseinheit 11a ist mittels einer Antriebswelle 14a,
die an die Antriebseinheit 11a anschließt, drehfest mit dem ersten
Planetenradträger P12a
und dem zweiten Hohlrad P23a verbunden. Das erste Sonnenrad P11a
ist mittels einer Verbindungswelle 16a drehfest mit dem
Kopplungselement S11a der ersten Koppeleinheit S1a und dem dritten Hohlrad
P33a verbunden. Das erste Hohlrad P13a ist drehfest mit dem Kopplungselement
S21a der zweiten Koppeleinheit S2a und dem Kopplungselement S31a
der dritten Koppeleinheit S3a verbunden. Das Kopplungselement S22a
der zweiten Koppeleinheit S2a ist mittels einer Verbindungswelle 17a drehfest mit
dem zweiten Sonnenrad P21a und dem dritten Sonnenrad P31a verbunden.
Das Kopplungselement S32a der dritten Koppeleinheit S3a ist mittels
einer Verbindungswelle 18a drehfest mit dem zweiten Planetenradträger P22a
und dem Kopplungselement S51a der fünften Koppeleinheit S5a verbunden.
Der dritte Planetenradträger
P32a ist mittels einer Verbindungswelle 19a drehfest mit
dem vierten Sonnenrad P41a verbunden. Der vierte Planetenradträger P42a ist
drehfest mit dem ersten Kopplungselement S41a der vierten Koppeleinheit
S4a verbunden. Das zweite Kopplungselement S52a der Koppeleinheit
S5a und das vierte Hohlrad P43a sind mittels einer Abtriebswelle 15a drehfest
mit der Abtriebseinheit 12a verbunden.
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Die
Antriebswelle 14a, die mit der Antriebseinheit 11a verbunden
ist, durchsetzt das erste Sonnenrad P11a und ist zur Anbindung des
zweiten Hohlrads P23a axial und radial zwischen dem ersten Planetenradgetriebe
P1a und dem zweiten Planetenradgetriebe P2a hindurchgeführt. Die
Verbindungswelle 16a ist teilweise als eine Hohlwelle ausgeführt, die
von der Antriebswelle 14a durchsetzt wird. Zur Anbindung
des dritten Hohlrads P33a umgibt ein Teil der Verbindungswelle 16a das
erste Planetenradgetriebe P1a und das zweite Planetenradgetriebe
P2a. Die Verbindungswelle 16a ist dabei außenliegend
angeordnet. Die Verbindungswelle 17a ist axial und radial
innerhalb der Verbindungswelle 16a angeordnet. Die Verbindungswelle 17a umgibt
ebenfalls das erste Planetenradgetriebe P1a und das zweite Planetenradgetriebe
P2a. Zur Anbindung der Sonnenräder P21a,
P31a ist sie axial und radial zwischen dem Planetenradgetriebe P2a
und dem Planetenradgetriebe P3a hindurchgeführt. Ein Teil der Verbindungswelle 18a ist
axial und radial innerhalb der Verbindungswelle 17a angeordnet.
Der innerhalb der Verbindungswelle 17a angeordnete Teil
der Verbindungswelle 18a umgibt das erste Planetenradgetriebe
P1a und das zweite Planetenradgetriebe P2a. Er ist zur Anbindung
des zweiten Planetenradträgers
P22a axial und radial zwischen dem zweiten Planetenradgetriebe P2a
und dem Planetenradgetriebe P3a bzw. der Verbindungswelle 17a hindurchgeführt. Zur
Anbindung des Kopplungselements S51a ist ein weiterer Teil der Verbindungswelle 18a axial
und radial zwischen der Antriebswelle 14a und dem Planetenradgetriebe
P2a nach innen geführt
und durchsetzt die drei Sonnenräder
P21a, P31a, P41a.
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Die
Vorwärtsgetriebegänge V1a–V8a werden
mittels der Koppeleinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a geschaltet (vgl. 3).
In den im Folgenden beschriebenen Vorwärtsgetriebegängen V1a–V8a sind jeweils
höchstens
drei der Koppeleinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a geschlossen, während die
restlichen Koppeleinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a geöffnet sind.
Bei einem Schaltvorgang von einem der Vorwärtsgetriebegänge V1a–V8a in
einen benachbarten Vorwärtsgetriebegang
V1a–V8a
werden jeweils höchsten
zwei der Koppeleinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a verändert. Bei
jedem Schaltvorgang von einem der Vorwärtsgetriebegänge V1a–V8a in einen
benachbarten Vorwärtsgetriebegang
V1a–V8a bleiben
jeweils zwei bereits geschlossene Koppeleinheiten S1a, S2a, S3a,
S4a, S5a geschlossen.
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Der
erste Vorwärtsgetriebegang
V1a weist in diesem Ausführungsbeispiel
zwischen der Antriebseinheit 11a und der Abtriebseinheit 12a ein Übersetzungsverhältnis i1a von 5,473 auf. Der erste Vorwärtsgetriebegang
V1a wird gebildet, indem die drei Koppeleinheiten S1a, S2a, S4a
geschlossen werden. Die Koppeleinheit S1a verbindet das erste Sonnenrad
P11a und das dritte Hohlrad P33a drehfest mit dem Getriebegehäuse 13a.
Die Koppeleinheit S2a verbindet das erste Hohlrad P13a drehfest
mit dem dritten Sonnenrad P31a. Die Koppeleinheit S4a verbindet
den vierten Planetenradträger
P42a drehfest mit dem Getriebegehäuse 13a.
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Der
erste Planetenradträger
P12a rotiert mit einer gleichen Drehzahl wie die Antriebseinheit 11a. Das
erste Sonnenrad P11a ist fixiert. Eine Drehzahl des ersten Hohlrads
P13a ist durch das Standübersetzungsverhältnis des
ersten Planetenradgetriebes P1a und die Drehzahl des ersten Planetenradträgers P12a
definiert. Das dritte Sonnenrad P31a rotiert mit der gleichen Drehzahl
wie das erste Hohlrad P13a. Das dritte Hohlrad P33a ist fixiert.
Eine Drehzahl des dritten Planetenradträgers P32a ist durch das Standübersetzungsverhältnis des
dritten Planetenradgetriebes P3a und die Drehzahl des dritten Sonnenrads P31a
definiert. Das vierte Sonnenrad P41a rotiert mit der gleichen Drehzahl
wie der dritte Planetenradträger
P32a. Der vierte Planetenradträger
P42a ist fixiert. Eine Drehzahl des vierten Hohlrads P43a und damit
eine Drehzahl der Abtriebseinheit 12a sind durch das Standübersetzungsverhältnis des
vierten Planetenradgetriebes P4a und die Drehzahl des vierten Sonnenrads
P41a definiert. Ein Kraftfluss für
den ersten Vorwärtsgetriebegang
V1a wird über
das erste Planetenradgetriebe P1a, das dritte Planetenradgetriebe
P3a und das vierte Planetenradgetriebe P4a geleitet.
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Der
zweite Vorwärtsgetriebegang
V2a weist in diesem Ausführungsbeispiel
zwischen der Antriebseinheit 11a und der Abtriebseinheit 12a ein Übersetzungsverhältnis i2a von 3,693 auf. Der zweite Vorwärtsgetriebegang
V2a wird gebildet, indem die Koppeleinheiten S1a, S3a, S4a geschlossen
werden. Die Koppeleinheit S1a verbindet das erste Sonnenrad P11a
und das dritte Hohlrad P33a drehfest mit dem Getriebegehäuse 13a.
Die Koppeleinheit S3a verbindet das erste Hohlrad P13a drehfest
mit dem zweiten Planetenradträger
P22a. Die Koppeleinheit S4a verbindet den vierten Planetenradträger P42a drehfest
mit dem Getriebegehäuse 13a.
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Der
erste Planetenradträger
P12a und das zweite Hohlrad P23a rotieren mit einer gleichen Drehzahl
wie die Antriebseinheit 11a. Das erste Sonnenrad P11a ist
fixiert. Eine Drehzahl des ersten Hohlrads P13a und damit eine Drehzahl
des zweiten Planetenradträgers
P22a sind durch das Standübersetzungsverhältnis des
ersten Planetenradgetriebes P1a und die Drehzahl des ersten Planetenradträgers P12a
definiert. Eine Drehzahl des zweiten Sonnenrads P21a ist durch das
Standübersetzungsverhältnis des
zweiten Planetenradgetriebes P2a, die Drehzahl der Antriebseinheit 11a und
die Drehzahl des zweiten Planetenradträgers P22a definiert. Da das dritte
Hohlrad P33a und der vierte Planetenradträger P42a fixiert sind, ist
eine Drehzahl der Abtriebseinheit 12a durch die Drehzahl
des dritten Sonnenrads P31a, das Standübersetzungsverhältnis des
dritten Planetenradgetriebes P3a und das Standübersetzungsverhältnis des
vierten Planetenradgetriebes P4a definiert. Ein Kraftfluss für den zweiten
Vorwärtsgetriebegang
V2a wird über
das erste Planetenradgetriebe P1a eingeleitet und das zweite Planetenradgetriebe
P2a gesplittet, wobei ein Teil des Kraftflusses an das erste Planetenradgetriebe
P1a zurückgeleitet
wird. Ein weiterer Teil des durch das zweite Planetenradgetriebe
P2a gesplitteten Kraftflusses wird über das dritte Planetenradgetriebe
P3a und das vierte Planetenradgetriebe P4a ausgeleitet.
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Der
dritte Vorwärtsgetriebegang
V3a weist in diesem Ausführungsbeispiel
zwischen der Antriebseinheit 11a und der Abtriebseinheit 12a ein Übersetzungsverhältnis i3a von 2,451 auf. Der dritte Vorwärtsgetriebegang
V3a wird gebildet, indem die Koppeleinheiten S2a, S3a, S4a geschlossen
werden. Die Koppeleinheit S2a verbindet das erste Hohlrad P13a drehfest
mit dem zweiten Sonnenrad P21a und dem dritten Sonnenrad P31a. Die
Koppeleinheit S3a verbindet das erste Hohlrad P13a drehfest mit
dem zweiten Planetenradträger
P22a, wodurch auch der zweite Planetenradträger P22a drehfest mit dem zweiten
Sonnenrad P21a verbunden ist. Die Koppeleinheit S4a verbindet den
vierten Planetenradträger P42a
drehfest mit dem Getriebegehäuse 13a.
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Der
erste Planetenradträger
P12a und das zweite Hohlrad P23a rotieren mit einer gleichen Drehzahl
wie die Antriebseinheit 11a. Der zweite Planetenradträger P22a
und das zweite Sonnenrad P21a sind drehfest miteinander verbunden,
wodurch das zweite Planetenradgetriebe P2a verblockt umläuft. Da
das zweite Hohlrad P23a mit der gleichen Drehzahl rotiert wie die
Antriebseinheit 11a, rotieren das zweite Sonnenrad P21a,
das dritte Sonnenrad P31a und das erste Hohlrad P13a mit der gleichen Drehzahl
wie die Antriebseinheit 11a. Somit weisen auch das erste
Sonnenrad P11a und das dritte Hohlrad P33a die gleiche Drehzahl
auf wie die Antriebseinheit 11a, wodurch auch der dritte
Planetenradträger
P32a und damit das vierte Sonnenrad P41a mit der gleichen Drehzahl
rotieren wie die Antriebseinheit 11a. Eine Drehzahl der
Abtriebseinheit 12a ist somit durch die Drehzahl der Antriebseinheit 11a und das
Standübersetzungsverhältnis des
vierten Planetenradgetriebes P4a definiert. Ein Kraftfluss für den dritten
Vorwärtsgetriebegang
V3a wird über
das erste Planetenradgetriebe P1a eingeleitet und mittels des ersten
Planetenradgetriebes P1a auf das zweite Planetenradgetriebe P2a
und das dritte Planetenradgetriebe P3a aufgesplittet.
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Der
vierte Vorwärtsgetriebegang
V4a weist in diesem Ausführungsbeispiel
zwischen der Antriebseinheit 11a und der Abtriebseinheit 12a ein Übersetzungsverhältnis i4a von 1,845 auf. Der vierte Vorwärtsgetriebegang
V4a wird gebildet, indem die Koppeleinheiten S3a, S4a, S5a geschlossen
werden. Die Koppeleinheit S3a verbindet das erste Hohlrad P13a drehfest
mit dem zweiten Planetenradträger P22a.
Die Koppeleinheit S4a verbindet den vierten Planetenradträger P42a
drehfest mit dem Getriebegehäuse 13a.
Die Koppeleinheit S5a verbindet den zweiten Planetenradträger P22a
und damit auch das erste Hohlrad P13a drehfest mit der Abtriebseinheit 12a.
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Der
erste Planetenradträger
P12a und das zweite Hohlrad P23a rotieren mit einer gleichen Drehzahl
wie die Antriebseinheit 11a. Der zweite Planetenradträger P21a
und das erste Hohlrad P13a rotieren mit einer gleichen Drehzahl
wie die Abtriebseinheit 12a. Die Drehzahl der Abtriebseinheit 12a ist durch
das Übersetzungsverhältnis i4a des vierten Vorwärtsgetriebegangs V4a definiert.
Eine Drehzahl des ersten Sonnenrads P11a ist durch das Standübersetzungsverhältnis des
ersten Planetenradgetriebes P1a, die Drehzahl der Antriebseinheit 11a und die
Drehzahl der Abtriebseinheit 12a definiert. Eine Drehzahl
des dritten Hohlrads P33a ist gleich wie die Drehzahl des ersten
Sonnenrads P11a. Eine Drehzahl des dritten Planetenradträgers P32a
ist über
das Standübersetzungsverhältnis des
vierten Planetenradgetriebes P4a und die Drehzahl der Abtriebseinheit 12a definiert.
Da das zweite Sonnenrad P21a und das dritte Sonnenrad P31a drehfest
miteinander verbunden sind, müssen
eine Drehzahl, die über
die Drehzahl des dritten Hohlrads P33a, die Drehzahl des dritten
Planetenradträgers
P32a und das Standübersetzungsverhältnis des
dritten Planetenradgetriebes P3 definiert ist, und eine Drehzahl,
die über die
Drehzahl des zweiten Hohlrads P23a, die Drehzahl des zweiten Planetenradträgers P22a
und das Standübersetzungsverhältnis des
zweiten Planetenradgetriebes P2a definiert ist, gleich sein. Ein
Kraftfluss für
den vierten Vorwärtsgetriebegang
V4a wird über
das erste Planetenradgetriebe P1a eingeleitet und mittels des ersten
Planetenradgetriebes P1a auf das zweite Planetenradgetriebe P2a
und das dritte Planetenradgetriebe P3a aufgesplittet. Ein auf das dritte
Planetenradgetriebe P3a geleiteter Kraftfluss wird nochmals gesplittet.
Ein Teil von dem Kraftfluss, der mittels des dritten Planetenradgetriebes
P3a gesplittet wird, wird auf das zweite Planetenradgetriebe P2a übertragen.
Ein weiterer Teil wird über
das vierte Planetenradgetriebe P4a an die Abtriebseinheit 12a geleitet.
Ein Teil von dem Kraftfluss durch das zweite Planetenradgetriebe
P2a wird auf das erste Planetenradgetriebe P1a zurückgeleitet.
Ein weiterer Teil wird durch das zweite Planetenradgetriebe P2a
hindurch zur Abtriebseinheit 12a geleitet.
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Der
fünfte
Vorwärtsgetriebegang
V5a weist in diesem Ausführungsbeispiel
zwischen der Antriebseinheit 11a und der Abtriebseinheit 12a ein Übersetzungsverhältnis i5a von 1,367 auf. Der fünfte Vorwärtsgetriebegang V5a wird gebildet,
indem die Koppeleinheiten S2a, S4a, S5a geschlossen werden. Die
Koppeleinheit S2a verbindet das erste Hohlrad P13a drehfest mit
dem zweiten Sonnenrad P21a und dem dritten Sonnenrad P31a. Die Koppeleinheit
S4a verbindet den vierten Planetenradträger P42a drehfest mit dem Getriebegehäuse 13a.
Die Koppeleinheit S5a verbindet den zweiten Planetenradträger P22a
drehfest mit der Abtriebseinheit 12a.
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Der
erste Planetenradträger
P12a und das zweite Hohlrad P23a rotieren mit einer gleichen Drehzahl
wie die Antriebseinheit 11a. Der zweite Planetenradträger P22a
rotiert mit einer gleichen Drehzahl wie die Abtriebseinheit 12a.
Die Drehzahl der Abtriebseinheit 12a ist durch das Übersetzungsverhältnis i5a des fünften
Vorwärtsgetriebegangs
V5a definiert. Eine Drehzahl des zweiten Sonnenrads P21a und damit
eine Drehzahl des ersten Hohlrads P13a sind durch die Drehzahl der
Antriebseinheit 11a, die Drehzahl der Abtriebseinheit 12a und
das Standübersetzungsverhältnis des
zweiten Planetenradgetriebes P2a definiert. Eine Drehzahl des ersten Sonnenrads
P11a ist über
die Drehzahl der Antriebseinheit 11a und die Drehzahl des
ersten Hohlrads P13a definiert. Eine Drehzahl des dritten Hohlrads P33a
ist gleich wie die Drehzahl des ersten Sonnenrads P11a, wodurch
mittels des Standübersetzungsverhältnisses
des dritten Planetenradgetriebes P3a auch eine Drehzahl des dritten
Planetenradträgers P32a
definiert ist. Da der Planetenradträger P32a drehfest mit dem vierten
Sonnenrad P41a verbunden ist, muss die Drehzahl des dritten Planetenradträgers P32a
gleich sein wie eine Drehzahl des vierten Sonnenrads P41a, die durch
das Standübersetzungsverhältnis des
vierten Planetenradgetriebes P4a und die Drehzahl der Abtriebseinheit 12a definiert
ist. Ein Kraftfluss für
den fünften
Vorwärtsgetriebegang
V5a wird über
das erste Planetenradgetriebe P1a und das zweite Planetenradgetriebe
P2a eingeleitet. Der über das
erste Planetenradgetriebe P1a geleitete Kraftfluss wird auf das
zweite Planetenradgetriebe P2a und das dritte Planetenragetriebe
P3a aufgesplittet. Der auf das dritte Planetenradgetriebe P3a geleitete Kraftfluss
wird über
das vierte Planetenradgetriebe P4a an die Abtriebseinheit 12a geleitet.
Der durch das zweite Planetenradgetriebe P2a summierte Kraftfluss
wird ebenfalls an die Abtriebseinheit 12a geleitet.
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Der
sechste Vorwärtsgetriebegang
V6a weist in diesem Ausführungsbeispiel
zwischen der Antriebseinheit 11a und der Abtriebseinheit 12a ein Übersetzungsverhältnis i6a von 1,000a auf. Er ist als ein Direktgang
ausgebildet. Der sechste Vorwärtsgetriebegang
V6a wird gebildet, indem die Koppeleinheiten S2a, S3a, S5a geschlossen
werden. Die Koppeleinheit S2a verbindet das erste Hohlrad P13a drehfest
mit dem zweiten Sonnenrad P21a und dem dritten Sonnenrad P31a. Die
Koppeleinheit S3a verbindet das erste Hohlrad P13a drehfest mit
dem zweiten Planetenradträger
P22a, wodurch auch der zweite Planetenradträger P22a drehfest mit dem zweiten
Sonnenrad P21a verbunden ist. Die Koppeleinheit S5a verbindet den
zweiten Planetenradträger P22a
drehfest mit der Abtriebseinheit 12a.
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Der
erste Planetenradträger
P12a und das zweite Hohlrad P23a rotieren mit einer gleichen Drehzahl
wie die Antriebseinheit 11a. Der zweite Planetenradträger P22a
und das zweite Sonnenrad P21a sind drehfest miteinander verbunden,
wodurch das zweite Planetenradgetriebe P2a verblockt umläuft. Da
das zweite Hohlrad P23a mit der gleichen Drehzahl rotiert wie die
Antriebseinheit 11a, rotieren das zweite Sonnenrad P21a
und der zweite Planetenradträger
P22a ebenfalls in der gleichen Drehzahl wie die Antriebseinheit 11a.
Die Abtriebseinheit 12a, die drehfest mit dem zweiten Planetenradträger P22a verbunden
ist, rotiert somit mit der gleichen Drehzahl wie die Antriebseinheit 11a.
Ein Kraftfluss für
den sechsten Vorwärtsgetriebegang
V6a wird über
das erste Planetenradgetriebe P1a und das zweite Planetenradgetriebe
P2a eingeleitet und über
das zweite Planetenradgetriebe P2a wieder summiert und ausgeleitet.
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Der
siebte Vorwärtsgetriebegang
V7a weist in diesem Ausführungsbeispiel
zwischen der Antriebseinheit 11a und der Abtriebseinheit 12a ein Übersetzungsverhältnis i7a von 0,842 auf. Der siebte Vorwärtsgetriebegang
V7a wird gebildet, indem die Koppeleinheiten S1a, S2a, S5a geschlossen
werden. Die Koppeleinheit S1a verbindet das erste Sonnenrad P11a
drehfest mit dem Getriebegehäuse 13a.
Die Koppeleinheit S2a verbindet das erste Hohlrad P13a drehfest
mit dem zweiten Sonnenrad P21a. Die Koppeleinheit S5a verbindet
den zweiten Planetenradträger
P22a drehfest mit der Abtriebseinheit 12a.
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Der
erste Planetenradträger
P12a und das zweite Hohlrad P23a rotieren mit einer gleichen Drehzahl
wie die Antriebseinheit 11a. Eine Drehzahl des ersten Hohlrads
P13a ist durch die Drehzahl der Antriebseinheit 11a und
das Standübersetzungsverhältnis des
ersten Planetenradgetriebes P1a definiert, wodurch auch die Drehzahl
des zweiten Sonnenrads P21a definiert ist. Eine Drehzahl des zweiten Planetenradträgers P22a
ist durch das Standübersetzungsverhältnis des
zweiten Planetenradgetriebes P2a, die Drehzahl der Antriebseinheit 11a und die
Drehzahl des zweiten Sonnenrads P21a definiert. Der zweite Planetenradträger P22a
ist drehfest mit der Abtriebseinheit 12a verbunden. Ein
Kraftfluss für den
siebten Vorwärtsgetriebegang
V7a wird vor dem ersten Planetenradgetriebe P1a aufgesplittet, zum Teil
direkt und zum Teil über
das erste Planetenradgetriebe P1a an das zweite Planetenradgetriebe
P2a weitergeleitet und dort wieder summiert.
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Der
achte Vorwärtsgetriebegang
V8a weist in diesem Ausführungsbeispiel
zwischen der Antriebseinheit 11a und der Abtriebseinheit 12a ein Übersetzungsverhältnis i8a von 0,681 auf. Der achte Vorwärtsgetriebegang
V8a wird gebildet, indem die Koppeleinheiten S1a, S3a, S5a geschlossen
werden. Die Koppeleinheit S1a verbindet das erste Sonnenrad P11a
drehfest mit dem Getriebegehäuse 13a.
Die Koppeleinheit S3a verbindet das erste Hohlrad P13a drehfest
mit dem zweiten Planetenradträger
P22a. Die Koppeleinheit S5a verbindet den zweiten Planetenradträger P22
drehfest mit der Abtriebseinheit 12a.
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Der
erste Planetenradträger
P12a und das zweite Hohlrad P23a rotieren mit einer gleichen Drehzahl
wie die Antriebseinheit 11a. Eine Drehzahl des ersten Hohlrads
P13a ist durch die Drehzahl der Antriebseinheit 11a und
das Standübersetzungsverhältnis des
ersten Planetenradgetriebes P1a definiert, wodurch auch die Drehzahl
des zweiten Planetenradträgers
P22a definiert ist. Der zweite Planetenradträger P22a ist drehfest mit der
Abtriebseinheit 12a verbunden. Ein Kraftfluss für den achten
Vorwärtsgetriebegang
V8a wird vor dem ersten Planetenradgetriebe P1a aufgesplittet, zum
Teil direkt und zum Teil über
das erste Planetenradgetriebe P1a an das zweite Planetenradgetriebe
P2a weitergeleitet und dort wieder summiert.
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Der
Rückwärtsgetriebegang
R1a weist in diesem Ausführungsbeispiel
zwischen der Antriebseinheit 11a und der Abtriebseinheit 12a ein Übersetzungsverhältnis iRa von –3,663
auf. Der Rückwärtsgetriebegang
R1a wird gebildet, indem die Koppeleinheiten S1a, S4a, S5a geschlossen
werden. Die Koppeleinheit S1a verbindet das erste Sonnenrad P11a drehfest
mit dem Getriebegehäuse 13a.
Die Koppeleinheit S4a verbindet den vierten Planetenradträger P42a
drehfest mit dem Getriebegehäuse 13a.
Die Koppeleinheit S5a verbindet den zweiten Planetenradträger P22a
mit der Abtriebseinheit 12a.
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Das
zweite Hohlrad P23a rotiert mit einer gleichen Drehzahl wie die
Antriebseinheit 11a. Das zweite Sonnenrad P21a rotiert
mit einer Drehzahl, die durch eine Drehzahl der Abtriebseinheit 12a,
das Standübersetzungsverhältnis des
vierten Planetenradgetriebes P4a und das Standübersetzungsverhältnis des
dritten Planetenradgetriebes P3a definiert ist. Eine Drehrichtung
des zweiten Sonnenrads P21a ist gleich wie eine Drehrichtung der
Antriebseinheit 11a. Der zweite Planetenradträger P22a
ist drehfest mit der Abtriebseinheit 12a verbunden. Mittels
der beiden Planetenradgetriebe P3a, P4a ist somit ein Verhältnis zwischen
der Drehzahl des zweiten Planetenradträgers P22a und der Drehzahl
des zweiten Sonnenrads P21a definiert, wodurch das Übersetzungsverhältnis iRa des Rückwärtsgetriebegangs R1a
definiert ist. Ein Kraftfluss für
den Rückwärtsgetriebegang
R1a wird mittels des zweiten Planetenradgetriebes P2a aufgesplittet
und nach dem vierten Planetenradgetriebe P4a wieder summiert.
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Ein
Stufensprung φ1/2a zwischen dem ersten und dem zweiten
Vorwärtsgetriebegang
V1a, V2a beträgt
1,482. Ein Stufensprung φ2/3a zwischen dem zweiten und dem dritten
Vorwärtsgetriebegang
V2a, V3a beträgt
1,507. Ein Stufensprung φ3/4a zwischen dem dritten und dem vierten
Vorwärtsgetriebegang V3a,
V4a beträgt
1,328. Ein Stufensprung φ4/5a zwischen dem vierten und dem fünften Vorwärtsgetriebegang
V4a, V5a beträgt
1,350. Ein Stufensprung φ5/6a zwischen dem fünften und dem sechsten Vorwärtsgetriebegang
V5a, V6a beträgt
1,367. Ein Stufensprung φ6/7a zwischen dem sechsten und dem siebten
Vorwärtsgetriebegang
V6a, V7a beträgt 1,183.
Ein Stufensprung φ7/8a zwischen dem siebten und dem achten
Vorwärtsgetriebegang
V7a, V8a beträgt
1,238. Eine Gesamtspreizung der Getriebeeinheit zwischen dem ersten
und dem achten Vorwärtsgetriebegang
V1a, V8a beträgt
ca. 8,0 (vgl. 2).
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Ein
maximaler Drehzahlfaktor für
die Planetenradgetriebe P1a, P2a, P3a, P4a beträgt in den Vorwärtsgetriebegängen V1a–V8a ca.
1,8. Der Drehzahlfaktor für
die Planetenradgetriebe P1a, P2a, P3a, P4a beschreibt ein Verhältnis zwischen
einer Drehzahl der Antriebseinheit 11a und einer maximalen
Drehzahl, die an den Sonnenrädern
P11a, P21a, P31, den Hohlrädern
P13a, P23a, P33a oder den Planetenradträgern P12a, P22a, P32a in einem
der Vorwärtsgetriebegänge V1a–V8a auftritt.
Ein maximaler Drehzahlfaktor für
die Planetenräder
P14a, P24a, P34a beträgt
in den Vorwärtsgetriebegängen V1a–V8a ca.
2,8. Ein maximaler Drehzahlfaktor für die Planetenräder P44a,
P45a hängt
von einer Aus gestaltung der Planetenräder P44a, P45a ab. Er beträgt in den
Vorwärtsgetriebegängen V1a–V8a abhängig von
der Ausgestaltung maximal ca. 2,8. Ein maximaler Drehzahlfaktor
für die
Planetenräder P14a,
P24a, P34a beträgt
in dem Rückwärtsgetriebegang
R1a ca. 7,5. In einem Betriebsmodus, in dem der Rückwärtsgetriebegang
R1a geschaltet ist, ist eine maximale Drehzahl der Antriebseinheit 11a bzw. eine
maximale Drehzahl einer Antriebsmaschine begrenzt. Ein maximaler
Drehmomentfaktor beträgt
für die
Vorwärtsgetriebegänge V1a–V8a ca.
5,4 und für den
Rückwärtsgetriebegang
R1a ca. 3,2. Der Drehmomentfaktor beschreibt ein Verhältnis zwischen
einem Antriebsmoment, das an der Antriebseinheit 11a anliegt,
und einem maximalen Drehmoment, das an den Sonnenrädern P11a,
P21a, P31a, P41a, den Hohlrädern
P13a, P23a, P33a, P43a oder den Planetenradträgern P12a, P22a, P32a, P42a
auftritt. Der maximale Drehmomentfaktor für die Vorwärtsgetriebegänge V1a–V8a wird
im ersten Vorwärtsgetriebegang
V1a erreicht.
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Eine
Schaltbarkeit der Vorwärtsgetriebegänge ist
in 4 gezeigt. Ausgehend von dem ersten Vorwärtsgetriebegang
V1a sind die Vorwärtsgetriebegänge V2a,
V3a, V5a, V7a schaltbar. Ausgehend von dem zweiten Vorwärtsgetriebegang
V2a sind die Vorwärtsgetriebegänge V1a,
V4a, V8a schaltbar. Ausgehend von dem dritten Vorwärtsgetriebegang V3a
sind die Vorwärtsgetriebegänge V1a,
V2a, V3a, V4a, V5a, V6a schaltbar. Ausgehend von dem vierten Vorwärtsgetriebegang
V4a sind die Vorwärtsgetriebegänge V2a,
V3a, V5a, V6a, V8a schaltbar. Ausgehend von dem fünften Vorwärtsgetriebegang
V5a sind die Vorwärtsgetriebegänge V1a,
V3a, V4a, V6a, V7a schaltbar. Ausgehend von dem sechsten Vorwärtsgetriebegang
V6a sind die Vorwärtsgetriebegänge V3a,
V4a, V5a, V7a, V8a schaltbar. Ausgehend von dem siebten Vorwärtsgetriebegang
V7a sind die Vorwärtsgetriebegänge V1a,
V5a, V6a, V8a schaltbar. Ausgehend von dem achten Vorwärtsgetriebegang
V8a sind die Vorwärtsgetriebegänge V2a, V4a,
V6a, V7a schaltbar.
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In
der 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung
gezeigt. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe
a in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels
in den 1 bis 4 durch den Buchstaben b in
den Bezugszeichen der Ausführungsbeispiele
in der 5 ersetzt. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich
im Wesentlichen auf die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel in den 1 bis 4,
wobei bezüglich
gleich bleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung
des Ausführungsbeispiels in
den 1 bis 4 verwiesen werden kann.
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5 zeigt
eine Getriebeeinheit, die als eine Kraftfahrzeuggetriebeeinheit
ausgebildet ist und die vier entlang einer Hauptrotationsachse 10b hintereinander
angeordnete Planetenradgetriebe P1b, P2b, P3b, P4b aufweist. Die
Getriebeeinheit umfasst fünf Koppelein heiten
S1b, S2b, S3b, S4b, S5b, mittels denen acht Vorwärtsgetriebegänge V1b–V8b geschaltet
werden können.
Weiter weist die Getriebeeinheit eine Antriebseinheit 11b auf,
die drehfest mit einem ersten Planetenradträger P12b des ersten Planetenradgetriebes
P1b und einem zweiten Hohlrad P23b des zweiten Planetenradgetriebes
P2b verbunden ist. Außerdem
umfasst die Getriebeeinheit eine Abtriebseinheit 12b, die
drehfest mit einem vierten Sonnenrad P43b des vierten Planetenradgetriebes
P4b und einem Kopplungselement S52b verbunden ist.
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Das
vierte Planetenradgetriebe P4b weist einen Stufenplanetenradsatz
auf. Der Stufenplanetenradsatz umfasst ein Sonnenrad P41b, das Sonnenrad
P43b und einen vierten Planetenradträger P42b. Der Planetenradträger 42b führt zumindest
zwei paarweise angeordnete Planetenräder P44b, P45b auf einer Kreisbahn.
Die paarweise angeordneten Planetenräder P44b, P45b sind jeweils
fest miteinander verbunden. Das zumindest eine Planetenrad P44b
kämmt mit
dem Sonnenrad 41b. Das zumindest eine Planetenrad P45b
kämmt mit
dem Sonnenrad P43b. Das Planetenrad P44b weist einen größeren Durchmesser
auf als das Planetenrad P45b. Ein Standübersetzungsverhältnis des
Planetenradgetriebes P4b beträgt
2,451.