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Die
Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung für einen Antriebsstrang eines
Kraftfahrzeugs.
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Es
sind bereits Getriebevorrichtungen mit vier Planetenradsätzen und
sechs Koppeleinheiten bekannt.
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Der
Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine kompakte
Getriebevorrichtung 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
Getriebevorrichtung, insbesondere eine Kraftfahrzeuggetriebevorrichtung,
mit vier, einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten,
entlang einer Hauptrotationsachse hintereinander angeordneten Planetenradgetrieben,
mit sechs Koppeleinheiten zur Schaltung von zumindest neun Vorwärtsgetriebegängen, mit
einer Antriebseinheit und mit zumindest drei Kopplungselementen,
die alle drei drehfest miteinander verbunden sind, sowie mit einer
Abtriebseinheit, einem dritten Planetenradträger und einem vierten Hohlrad,
die alle drei drehfest miteinander verbunden sind, vorgeschlagen.
Dadurch kann eine Getriebevorrichtung 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. Unter „vorgesehen” soll insbesondere
speziell ausgestattet und/oder ausgelegt verstanden werden.
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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 Antriebswelle 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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Weitere
Ausgestaltungen und weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden
Zeichnungsbeschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen. In
den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel
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 Getriebevorrichtung,
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2 beispielhafte Übersetzungsverhältnisse
für Vorwärtsgetriebegänge der
Getriebevorrichtung,
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3 eine
Schaltlogik der Getriebevorrichtung und
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4 eine
Schaltbarkeit der Getriebevorrichtung.
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1 zeigt
eine Getriebevorrichtung, die als eine Kraftfahrzeuggetriebevorrichtung
ausgestaltet ist. Die Getriebevorrichtung weist vier Planetenradgetriebe
P1, P2, P3, P4 auf. Das erste Planetenradgetriebe P1, das zweite
Planetenradgetriebe P2, das dritte Planetenradgetriebe P3 und das
vierte Planetenradgetriebe P4 sind hintereinander entlang einer Hauptrotationsachse 10 angeordnet.
Sämtliche
Planetenradgetriebe P1, P2, P3, P4 der Getriebevorrichtung weisen
einen Einfachplanetenradsatz auf. Die Getriebevorrich tung weist
sechs Koppeleinheiten S1, S2, S3, S4, S5, S6 auf. Diese sind dazu
vorgesehen, neun sequentiell lastschaltbare Vorwärtsgetriebegänge V1,
V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8, V9 zu schalten.
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Die
Getriebevorrichtung ist dazu vorgesehen, eine nicht näher dargestellte
Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs mit nicht näher dargestellten Antriebsrädern des
Kraftfahrzeugs zu verbinden. Mittels der Getriebevorrichtung kann
ein Übersetzungsverhältnis zwischen
der Antriebsmaschine und den Antriebsrädern eingestellt werden. Die
Getriebevorrichtung kann mit einem Hybridantriebsmodul verbunden
werden, mittels dem das Antriebsmoment verändert werden kann. Weiter kann
mittels des Hybridantriebsmoduls und der Getriebevorrichtung ein CVT
realisiert werden, wodurch eine Getriebevorrichtung realisiert werden
kann, deren Übersetzungsverhältnis zumindest
in Teilbereichen stufenlos eingestellt werden kann. Die Getriebevorrichtung
ist als eine Automatikgetriebevorrichtung ausgebildet.
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Die
Getriebevorrichtung weist eine Antriebseinheit 11 auf,
die dazu vorgesehen ist, ein Antriebsmoment in die Getriebevorrichtung
einzuleiten. Der Antriebseinheit 11 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 Getriebevorrichtung
integriert sein oder beispielsweise eine der Koppeleinheiten S1,
S2, S3, S4, S5, S6, wie insbesondere die Koppeleinheit S2, als Anfahrmodul
verwendet werden.
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Weiter
weist die Getriebevorrichtung eine Abtriebseinheit 12 auf,
die dazu vorgesehen ist, ein Antriebsmoment aus der Getriebevorrichtung
auszuleiten. Die Abtriebseinheit 12 ist dazu vorgesehen, mit
den Antriebsrädern
des Kraftfahrzeugs verbunden zu werden. Der Abtriebseinheit 12 kann
ein nicht näher
dargestelltes Modul nachgeschaltet sein, mittels dem das aus der
Getriebevorrichtung ausgeleitete Moment auf die Antriebsräder verteilt
werden kann, wie beispielsweise eine Differentialgetriebeeinheit,
die für
einen Drehzahlausgleich zwischen den Antriebsrädern vorgesehen ist, oder eine
Allradantriebseinheit, die das Antriebsmoment auf zwei verschiedene
Antriebsachsen verteilt. Die Antriebseinheit 11 und die
Abtriebseinheit 12 können
grundsätzlich
beliebig zueinander angeordnet sein. Dabei ist insbesondere eine
koaxiale Anordnung auf gegenüberliegenden
Seiten der Getriebevorrichtung vorteilhaft. Aber auch eine Anordnung
auf der gleichen Seite der Getriebevorrichtung ist denkbar.
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Das
erste Planetenradgetriebe P1 ist eingangsseitig angeordnet. Das
erste Planetenradgetriebe P1 weist einen Einfachplanetenradsatz
auf. Der Einfachplanetenradsatz umfasst ein erstes Sonnenrad P11,
ein erstes Hohlrad P13 und einen ersten Planetenradträger P12.
Der Planetenradträger
P12 führt
Planetenräder
P14 auf einer Kreisbahn. Die Planetenräder P14 kämmen mit dem Sonnenrad P11 und
mit dem Hohlrad P13. Die Planetenräder P14 sind drehbar auf dem
Planetenradträger
P12 gelagert. Das erste Planetenradgetriebe P1 weist zwischen dem
Sonnenrad P11 und dem Hohlrad P13 bei fixiertem Planetenradträger P12
ein Standübersetzungsverhältnis von –1,744 auf.
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Das
zweite Planetenradgetriebe P2 ist mittig eingangsseitig angeordnet.
Das zweite Planetenradgetriebe P2 weist einen Einfachplanetenradsatz
auf. Der Einfachplanetenradsatz umfasst ein zweites Sonnenrad P21,
ein zweites Hohlrad P23 und einen zweiten Planetenradträger P22.
Der Planetenradträger
P22 führt
Planetenräder
P24 auf einer Kreisbahn. Die Planetenräder P24 kämmen mit dem Sonnenrad P21
und mit dem Hohlrad P23. Die Planetenräder P24 sind drehbar auf dem
Planetenradträger
P22 gelagert. Das zweite Planetenradgetriebe P2 weist zwischen dem
Sonnenrad P21 und dem Hohlrad P23 bei fixiertem Planetenradträger P22
ein Standübersetzungsverhältnis von –2,068 auf.
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Das
dritte Planetenradgetriebe P3 ist mittig ausgangsseitig angeordnet.
Das dritte Planetenradgetriebe P3 weist einen Einfachplanetenradsatz
auf. Der Einfachplanetenradsatz umfasst ein drittes Sonnenrad P31,
ein drittes Hohlrad P33 und einen dritten Planetenradträger P32.
Der Planetenradträger
P32 führt
Planetenräder
P34 auf einer Kreisbahn. Die Planetenräder P34 kämmen mit dem Sonnenrad P31 und
mit dem Hohlrad P33. Die Planetenräder P34 sind drehbar auf dem
Planetenradträger
P32 gelagert. Das dritte Planetenradgetriebe P3 weist zwischen dem
Sonnenrad P31 und dem Hohlrad P33 bei fixiertem Planetenradträger P32
ein Standübersetzungsverhältnis von –2,487 auf.
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Das
vierte Planetenradgetriebe P4 ist ausgangsseitig angeordnet. Das
vierte Planetenradgetriebe P4 weist einen Einfachplanetenradsatz
auf. Der Einfachplanetenradsatz umfasst ein viertes Sonnenrad P41,
ein viertes Hohlrad P43 und einen vierten Planetenradträger P42.
Der Planetenradträger P42
führt Planetenräder P44
auf einer Kreisbahn. Die Planetenräder P44 kämmen mit dem Sonnenrad P41 und
mit dem Hohlrad P43. Die Planetenräder P44 sind drehbar auf dem
Planetenradträger
P42 gelagert. Das vierte Planetenradgetriebe P4 weist zwischen dem
Sonnenrad P41 und dem Hohlrad P43 bei fixiertem Planetenradträger P42
ein Standübersetzungsverhältnis von –2,547 auf.
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Die
vier Koppeleinheiten S1, S2, S3, S5 sind als Kupplungseinheiten
ausgebildet. Sie weisen jeweils ein erstes drehbares Kopplungselement
S11, S21, S31, S51 und ein zweites drehbares Kopplungselement S12,
S22, S32, S52 auf. Die drei Koppeleinheiten S1, S2, S3, S5 sind
jeweils dazu vorgesehen, ihre beiden Kopplungselemente S11, S12,
S21, S22, S31, S32, S51, S52 drehfest miteinander zu verbinden.
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Die
zwei Koppeleinheiten S4, S6 sind als Bremseinheiten ausgebildet
und weisen jeweils nur ein Kopplungselement S41, S61 auf. Die Koppeleinheiten
S4, S6 sind jeweils dazu vorgesehen, ihr Kopplungselement S41, S61
drehfest mit einem Getriebegehäuse 13 zu
verbinden.
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Die
Koppeleinheiten S1, S2, S3, S4, S5 sind als Lamellenpakete ausgeführt. Die
Koppeleinheit S6 ist als eine Klauenkoppeleinheit ausgeführt. Sie
weisen eine nicht näher
dargestellte Synchronisiereinheit auf, auf die grundsätzlich auch
verzichtet werden kann. Grundsätzlich
kann die Koppeleinheit S6 alternativ auch mittels einer Reibkoppeleinheit,
wie insbesondere mittels einer Lamellenkoppeleinheit, ausgeführt werden.
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Die
Koppeleinheiten S1, S2, S3 sowie die Koppeleinheit S4 sind in axialer
Richtung eingangsseitig von dem ersten Planetenradgetriebe P1 angeordnet.
Die Koppeleinheit S5 ist axial zwischen dem ersten Planetenradgetriebe
P1 und dem zweiten Planetenradgetriebe P2 angeordnet. Die Koppeleinheit S6
ist in axialer Richtung in Höhe
des dritten Planetenradgetriebes P3 angeordnet. Die Koppeleinheiten S1,
S2, S3, S4, S6 sind außenliegend
ausgeführt. Die
Koppeleinheit S5 ist innenliegend ausgeführt.
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Die
Antriebseinheit 11 ist mittels einer Antriebswelle 14,
die an die Antriebseinheit 11 anschließt, drehfest dem zweiten Kopplungselement S12
der ersten Koppeleinheit S1, dem zweiten Kopplungselement S22 der
zweiten Koppeleinheit S2 und dem zweiten Kopplungselement S32 der
dritten Koppeleinheit S3 verbunden. Mittels einer ersten Verbindungswelle 16 sind
das erste Kopplungselement S11 der ersten Koppeleinheit S1 und der
vierte Planetenradträger
P42 drehfest miteinander verbunden. Das erste Kopplungselement S21
der zweiten Koppeleinheit S2 und das erste Sonnenrad P11 sind mittels
einer Verbindungswelle 17 drehfest miteinander verbunden.
Das erste Kopplungselement S31 der dritten Koppeleinheit S3, das
Kopplungselement S41 der vierten Koppeleinheit S4, der erste Planetenradträger P12
und das erste Kopplungselement S51 der fünften Koppeleinheit S5 sind
ebenfalls direkt drehfest miteinander verbunden. Mittels einer Verbindungswelle 18 sind
das erste Hohlrad P13 und der zweite Planetenradträger P22
drehfest miteinander verbunden. Das zweite Sonnenrad P21 ist direkt drehfest
mit dem Getriebe gehäuse 13 verbunden. Das
zweite Koppelelement S52 der fünften
Koppeleinheit S5, das zweite Hohlrad P23, das dritte Sonnenrad P31
und das vierte Sonnenrad P41 sind mittels einer Verbindungswelle 19 miteinander
verbunden. Das dritte Hohlrad P33 ist direkt mit dem Kopplungselement
S61 der sechsten Koppeleinheit S6 verbunden. Die Abtriebseinheit 12 ist
mittels einer Abtriebswelle 15 drehfest mit dem dritten
Planetenradträger
P32 und dem vierten Hohlrad P43 verbunden.
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Die
Antriebswelle 14, die mit der Antriebseinheit 11 verbunden
ist, ist von radial außen
an die drei Koppeleinheiten S1, S2, S3 herangeführt. Die Verbindungswelle 16,
die an das Kopplungselement S11 anschließt, durchsetzt alle vier Planetenradgetriebe P1,
P2, P3, P4 und ist axial ausgangsseitig an dem vierten Planetenradträger P42
angebunden. Die Verbindungswelle 17, die das Kopplungselement
S21 mit dem ersten Sonnenrad P11 verbindet, ist als eine Hohlwelle
ausgeführt,
die von der Verbindungswelle 16 durchsetzt wird. Die Verbindungswelle 18 ist
außen
um das zweite Planetenradgetriebe P2 herum geführt. Zur Anbindung des zweiten
Planetenradträgers
P22 ist sie axial zwischen dem zweite Planetenradgetriebe P2 und
dem dritten Planetenradgetriebe P3 nach innen geführt. Die
Verbindungswelle 19 ist zur Anbindung des Kopplungselements
S52 und des zweiten Hohlrads P23 axial zwischen dem ersten Planetenradgetriebe
P2 und dem zweiten Planetenradgetriebe P3 nach außen geführt. Zur
Anbindung der Sonnenräder
P31, P41 durchsetzt die Verbindungswelle 19 das zweite
Planetenradgetriebe P2. Die Abtriebswelle 15 ist zur Anbindung
des vierten Hohlrads P43 axial zwischen dem dritten Planetenradgetriebe
P3 und dem vierten Planetenradgetriebe P4 nach außen und
axial ausgangsseitig geführt.
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Mittels
der Getriebevorrichtung sind unterschiedliche Hybridantriebsmodule
kombinierbar. Zur Realisierung eines Starter-Generators kann eine
erste Antriebsmaschine des Hybridantriebsmoduls an die Antriebseinheit 11 bzw.
die Antriebswelle 14 angebunden werden. Zur Realisierung
eines CVT mit unterschiedlichen Hybridantriebsarten, wie beispielsweise
ein Boost-Modus oder ein Rekuperations-Modus, kann zusätzlich eine
weitere Antriebsmaschine des Hybridantriebsmoduls an ein vorteilhaftes
Getriebeelement der Getriebevorrichtung angebunden werden, wie beispielsweise
an das dritte Hohlrad P33.
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Die
Vorwärtsgetriebegänge V1–V9 werden mittels
der Koppeleinheiten S1, S2, S3, S4, S5, S6 geschaltet (vgl. 3).
In den im Folgenden beschriebenen Vorwärtsgetriebegängen V1–V9 sind
jeweils höchstens
drei der Koppeleinheiten S1, S2, S3, S4, S5, S6 geschlossen, während die
restlichen Koppeleinheiten S1, S2, S3, S4, S5, S6 geöffnet sind.
Bei einem Schaltvorgang von einem der Vorwärtsgetriebegänge V1–V9 in einen
be nachbarten Vorwärtsgetriebegang
V1–V9
werden jeweils höchstens
zwei der Koppeleinheiten S1, S2, S3, S4, S5, S6 verändert. Bei
jedem Schaltvorgang von einem der Vorwärtsgetriebegänge V1–V9 in einen
benachbarten Vorwärtsgetriebegang
V1–V9
bleiben jeweils zwei bereits geschlossene Koppeleinheiten S1, S2,
S3, S4, S5, S6 geschlossen.
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Der
erste Vorwärtsgetriebegang
V1 weist in diesem Ausführungsbeispiel
zwischen der Antriebseinheit 11 und der Abtriebseinheit 12 ein Übersetzungsverhältnis i1 von 5,469 auf. Der erste Vorwärtsgetriebegang
V1 wird gebildet, indem die drei Koppeleinheiten S2, S5, S6 geschlossen
werden. Die Koppeleinheit S2 verbindet die Antriebseinheit 11 drehfest
mit dem ersten Sonnenrad P11. Die Koppeleinheit S5 verbindet den
ersten Planetenradträger P12
drehfest mit dem zweiten Hohlrad P23. Die Koppeleinheit S6 verbindet
das dritte Hohlrad P33 drehfest mit dem Getriebegehäuse 13.
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Das
erste Sonnenrad P11 rotiert mit einer gleichen Drehzahl wie die
Antriebseinheit 11. Das zweite Sonnenrad P21 ist fixiert.
Da der erste Planetenradträger
P12 drehfest mit dem zweiten Hohlrad P23 und das erste Hohlrad P13
drehfest mit dem zweiten Planetenradträger P22 verbunden ist, definiert
das Standübersetzungsverhältnis des
zweiten Planetenradgetriebes P2 ein Drehzahlverhältnis zwischen dem ersten Planetenradträger P12
und dem ersten Hohlrad P13. Das dritte Sonnenrad P31 weist dabei
eine gleiche Drehzahl auf wie der erste Planetenradträger P12.
Da das dritte Hohlrad P33 fixiert ist, ist eine Drehzahl des dritten
Planetenradträgers
P32 und damit die Drehzahl der Abtriebseinheit 12 durch die
Drehzahl des dritten Sonnenrads P31 und das Standübersetzungsverhältnis des
dritten Planetenradgetriebes P3 definiert. Ein in die Getriebevorrichtung
eingeleiteter Kraftfluss wird im ersten Vorwärtsgetriebegang V1 zunächst in
das erste Planetenradgetriebe P1 eingeleitet. Im Weiteren wird der
Kraftfluss über
das dritte Planetenradgetriebe P3 aufgesplittet. Ein Teil des Kraftflusses
wird auf das erste Planetenradgetriebe P1 rückgekoppelt. Ein weiterer Teil
des Kraftflusses wird über
das dritte Planetenradgetriebe P3 ausgeleitet.
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Der
zweite Vorwärtsgetriebegang
V2 weist in diesem Ausführungsbeispiel
zwischen der Antriebseinheit 11 und der Abtriebseinheit 12 ein Übersetzungsverhältnis i2 von 3,487 auf. Der zweite Vorwärtsgetriebegang
V2 wird gebildet, indem die drei Koppeleinheiten S3, S5, S6 geschlossen
werden. Die Koppeleinheit S3 verbindet die Antriebseinheit 11 drehfest
mit dem ersten Planetenradträger
P12. Die Koppeleinheit S5 verbindet den ersten Planetenradträger P12
drehfest mit dritten Sonnenrad P31, wodurch auch das dritte Sonnenrad
P31 drehfest mit der Antriebseinheit 11 verbunden ist.
Die Koppeleinheit S6 verbindet das dritte Hohlrad P33 drehfest mit
dem Getriebegehäuse 13.
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Das
dritte Hohlrad P31 rotiert mit einer gleichen Drehzahl wie die Antriebseinheit 11.
Da das dritte Hohlrad P33 fixiert ist, ist eine Drehzahl des dritten Planetenradträgers P32,
der drehfest mit der Abtriebseinheit 12 verbunden ist,
durch die Drehzahl der Antriebseinheit 11 und das Standübersetzungsverhältnis des
dritten Planetenradgetriebes P3 definiert. Ein in die Getriebevorrichtung
eingeleiteter Kraftfluss wird im zweiten Vorwärtsgetriebegang V2 über das dritte
Planetenradgetriebe P3 geleitet.
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Der
dritte Vorwärtsgetriebegang
V3 weist in diesem Ausführungsbeispiel
zwischen der Antriebseinheit 11 und der Abtriebseinheit 12 ein Übersetzungsverhältnis i3 von 2,350 auf. Der dritte Vorwärtsgetriebegang
V3 wird gebildet, indem die drei Koppeleinheiten S2, S3, S6 geschlossen
werden. Die Koppeleinheit S2 verbindet die Antriebseinheit 11 drehfest
mit dem ersten Sonnenrad P11. Die Koppeleinheit S3 verbindet die
Antriebseinheit 11 drehfest mit dem ersten Planetenradträger P12.
Die Koppeleinheit S6 verbindet das dritte Hohlrad P33 drehfest mit
dem Getriebegehäuse 13.
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Da
das erste Sonnenrad P11 und der erste Planetenradträger P12
eine gleiche Drehzahl aufweisen wie die Antriebseinheit 11,
weisen auch das erste Hohlrad P13 und somit auch der zweite Planetenradträger P22
die gleiche Drehzahl auf wie die Antriebseinheit 11. Da
das zweite Sonnenrad P21 fixiert ist, ist eine Drehzahl des zweiten
Hohlrads P23 durch die Drehzahl der Antriebseinheit 11 und
das Standübersetzungsverhältnis des
zweiten Planetenradgetriebes P2 definiert. Das dritte Sonnenrad
P31 weist die gleiche Drehzahl auf wie das zweite Hohlrad P23. Da das
dritte Hohlrad P33 fixiert ist, ist eine Drehzahl des dritten Planetenradträgers P32,
der drehfest mit der Abtriebseinheit 12 verbunden ist,
durch die Drehzahl des zweiten Hohlrads P23 und das Standübersetzungsverhältnis des
dritten Planetenradgetriebes P3 definiert. Ein in die Getriebevorrichtung
eingeleiteter Kraftfluss wird im dritten Vorwärtsgetriebegang V3 über das
erst Planetenradgetriebe P1 eingeleitet. Anschließend wird
der Kraftfluss über
das zweite Planetenradgetriebe P2 an das dritte Planetenradgetriebe P3
weitergeleitet und mittels des dritten Planetenradgetriebes P3 ausgeleitet.
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Der
vierte Vorwärtsgetriebegang
V4 weist in diesem Ausführungsbeispiel
zwischen der Antriebseinheit 11 und der Abtriebseinheit 12 ein Übersetzungsverhältnis i4 von 1,701 auf. Der vierte Vorwärtsgetriebegang
V4a wird gebildet, indem die drei Koppeleinheiten S1, S2, S6 geschlossen
werden. Die Koppeleinheit S1 verbindet die Antriebseinheit 11 drehfest
mit dem vierten Planetenradträger
P42. Die Koppeleinheit S2 verbindet die Antriebseinheit 11 drehfest
mit dem ersten Sonnenrad P11. Die Koppeleinheit S6 verbindet das
dritte Hohlrad P33 drehfest mit dem Getriebegehäuse 13.
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Der
vierte Planetenradträger
P42 rotiert mit einer gleichen Drehzahl wie die Antriebseinheit 11. Das
dritte Hohlrad P33 ist fixiert. Durch das Standübersetzungsverhältnis des
dritten Planetenradgetriebes P3 ist ein Drehzahlverhältnis zwischen
dem dritten Sonnenrad P31 und dem dritten Planetenradträger P32
definiert. Da das vierte Sonnenrad P41 drehfest mit dem dritten
Sonnenrad P31 und das vierte Hohlrad P43 drehfest mit dem dritten
Planetenradträger
P32 verbunden ist, ist somit auch ein Drehzahlverhältnis zwischen
dem vierten Sonnenrad P41 und dem Vierten Hohlrad P43 definiert.
Eine Drehzahl der Abtriebseinheit 12 ist somit mittels
des Standübersetzungsverhältnisses
des vierten Planetenradgetriebes P4 definiert. Ein in die Getriebevorrichtung
eingeleiteter Kraftfluss wird im vierten Vorwärtsgetriebegang V4 über das
vierte Planetenradgetriebe P4 eingeleitet. Ein Teil des Kraftflusses
wird über
das dritte Planetenradgetriebe P3 wieder auf das vierte Planetenradgetriebe
P4 rückgekoppelt.
Ein weiterer Teil des Kraftflusses wird über das vierte Planetenradgetriebes
P4 ausgeleitet.
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Zusätzlich ist
mittels der Getriebevorrichtung ein redundanter vierter Vorwärtsgetriebegang
V4' schaltbar, der
alternativ zu dem vierten Vorwärtsgetriebegang
V4 geschaltet werden kann. Der Vorwärtsgetriebegang V4' weist das gleiche Übersetzungsverhältnis wie
der vierte Vorwärtsgetriebegang V4
auf. Der Vorwärtsgetriebegang
V4' wird gebildet, indem
die drei Koppeleinheiten S1, S3, S6 geschlossen werden. Die Koppeleinheit
S1 verbindet die Antriebseinheit 11 drehfest mit dem vierten
Planetenradträger
P42. Die Koppeleinheit S3 verbindet die Antriebseinheit 11 drehfest
mit dem ersten Planetenradträger
P12. Die Koppeleinheit S6 verbindet das dritte Hohlrad P33 drehfest
mit dem Getriebegehäuse 13.
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Der
vierte Planetenradträger
P42 rotiert mit einer gleichen Drehzahl wie die Antriebseinheit 11. Das
dritte Hohlrad P33 ist fixiert. Da das dritte Sonnenrad P31 drehfest
mit dem vierten Sonnenrad P41 und der dritte Planetenradträger P32
drehfest mit dem vierten Hohlrad P43 verbunden ist, definiert das Standübersetzungsverhältnis des
dritte Planetenradgetriebes P3 ein Drehzahlverhältnis zwischen dem vierten
Sonnenrad P41 und dem vierten Hohlrad P43. Da der vierte Planetenradträger P42
die gleiche Drehzahl aufweist wie die Antriebseinheit 11,
ist eine Drehzahl des vierten Hohlrads P43 durch die Drehzahl der
Antriebseinheit, das Standübersetzungsverhältnis des
dritten Planetenradgetriebes P3 und das Standübersetzungsverhältnis des
vierten Planetenradgetriebes P4 definiert. Ein in die Getriebevorrichtung
eingeleiteter Kraftfluss wird im Vorwärtsgetriebegang V4' über das vierte Planetenradgetriebe
eingeleitet und. Ein Teil des Kraftflusses wird über das dritte Planetenradgetriebe
P3 auf das vierte Planetenradgetriebe P4 rück gekoppelt. Ein weiterer Teil des
Kraftflusses wird über
das vierte Planetenradgetriebe P4 ausgeleitet.
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Der
fünfte
Vorwärtsgetriebegang
V5 weist in diesem Ausführungsbeispiel
zwischen der Antriebseinheit 11 und der Abtriebseinheit 12 ein Übersetzungsverhältnis i5 von 1,234 auf. Der fünfte Vorwärtsgetriebegang V5 wird gebildet,
indem die drei Koppeleinheiten S1, S2, S3 geschlossen werden. Die Koppeleinheit
S1 verbindet die Antriebseinheit 11 drehfest mit dem vierten
Planetenradträger
P42. Die Koppeleinheit S2 verbindet die Antriebseinheit 11 drehfest
mit dem ersten Sonnenrad P11. Die Koppeleinheit S3 verbindet die
Antriebseinheit 11 drehfest mit dem ersten Planetenradträger P12.
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Das
erste Sonnenrad P11 und der erste Planetenradträger P12 weisen die gleiche
Drehzahl auf wie die Antriebseinheit 11. Dadurch ist das
erste Planetenradgetriebe P1 verblockt, wodurch auch das erste Hohlrad
P13 und somit auch der zweite Planetenradträger P22 die gleiche Drehzahl
aufweisen wie die Antriebseinheit 11. Da das zweite Sonnenrad
P21 fixiert ist, ist eine Drehzahl des zweiten Hohlrads P23 durch
die Drehzahl der Antriebseinheit 11 und das Standübersetzungsverhältnis des
zweiten Planetenradgetriebes P2 definiert. Eine Drehzahl der Abtriebseinheit
ist durch die Drehzahl des vierten Sonnenrads P41, die gleich ist
wie die Drehzahl des zweiten Hohlrads P23, die Drehzahl der Antriebseinheit 11 und
das Standübersetzungsverhältnis des vierten
Planetenradgetriebes P4 definiert. Ein in die Getriebevorrichtung
eingeleiteter Kraftfluss wird im fünften Vorwärtsgetriebegang V5 über das
vierte Planetenradgetriebe P4 eingeleitet und aufgesplittet. Ein Teil
des Kraftflusses wird über
das zweite Planetenradgetriebe P2 und das erste Planetenradgetriebe P1
wieder auf das vierte Planetenradgetriebe P4 rückgekoppelt. Ein weiterer Teil
des Kraftflusses wird über
das vierte Planetenradgetriebes P4 ausgeleitet.
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Der
sechste Vorwärtsgetriebegang
V6 weist in diesem Ausführungsbeispiel
zwischen der Antriebseinheit 11 und der Abtriebseinheit 12 ein Übersetzungsverhältnis i6 von 1,000 auf. Er ist als ein Direktgang
ausgebildet. Der sechste Vorwärtsgetriebegang
V6 wird gebildet, indem die drei Koppeleinheiten S1, S3, S5 geschlossen
werden. Die Koppeleinheit S1 verbindet die Antriebseinheit 11 drehfest
mit dem vierten Planetenradträger
P42. Die Koppeleinheit S3 verbindet die Antriebseinheit 11 drehfest
mit dem ersten Planetenradträger
P12. Die Koppeleinheit S5 verbindet den ersten Planetenradträger P12 drehfest
mit dem vierten Sonnenrad P41, wodurch auch das vierte Sonnenrad
P41 drehfest mit der Antriebseinheit 11 verbunden ist.
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Der
vierte Planetenradträger
P42 und das vierte Sonnenrad P41 weisen eine gleiche Drehzahl auf
wie die Antriebseinheit 11. Dadurch ist das vierte Planetenradgetriebe
P4 verblockt, wodurch auch das vierte Hohlrad P43 und somit auch
die Abtriebseinheit 12 die gleiche Drehzahl aufweisen wie
die Antriebseinheit 11. Ein in die Getriebevorrichtung
eingeleiteter Kraftfluss wird im sechsten Vorwärtsgetriebegang V6 über das
vierte Planetenradgetriebe P4 geleitet.
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Der
siebte Vorwärtsgetriebegang
V7 weist in diesem Ausführungsbeispiel
zwischen der Antriebseinheit 11 und der Abtriebseinheit 12 ein Übersetzungsverhältnis i7 von 0,875 auf. Der siebte Vorwärtsgetriebegang
V7a wird gebildet, indem die drei Koppeleinheiten S1, S2, S5 geschlossen
werden. Die Koppeleinheit S1 verbindet die Antriebseinheit 11 drehfest
mit dem vierten Planetenradträger
P42. Die Koppeleinheit S2 verbindet die Antriebseinheit 11 drehfest
mit dem ersten Sonnenrad P11. Die Koppeleinheit S5 verbindet den
ersten Planetenradträger P12
drehfest mit dem zweiten Hohlrad P23.
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Das
erste Sonnenrad P11 und der vierte Planetenradträger P42 rotieren mit einer
gleichen Drehzahl wie die Antriebseinheit 11. Das zweite
Sonnenrad P21 ist fixiert. Da der erste Planetenradträger P12
drehfest mit dem zweiten Hohlrad P23 und das erste Hohlrad P13 drehfest
mit dem zweiten Planetenradträger
P22 verbunden ist, definiert das Standübersetzungsverhältnis des
zweiten Planetenradgetriebes P2 ein Drehzahlverhältnis zwischen dem ersten Planetenradträger P12
und dem ersten Hohlrad P13. Das vierte Sonnenrad P41 weist dabei
eine gleiche Drehzahl auf wie der erste Planetenradträger P12.
Eine Drehzahl der Abtriebseinheit 12 ist somit durch die
Drehzahl des ersten Planetenradträgers P12 und die Drehzahl der
Abtriebseinheit 12 definiert. Ein in die Getriebevorrichtung
eingeleiteter Kraftfluss wird im siebten Vorwärtsgetriebegang V7 über das vierte
Planetenradgetriebe P4 eingeleitet und aufgesplittet. Ein Teil des
Kraftflusses wird über
die ersten beiden Planetenradgetriebe P1, P2 auf das vierte Planetenradgetriebe
P4 rückgekoppelt,
wobei der Kraftfluss zwischen den beiden Planetenradgetrieben P1,
P2 ebenfalls gesplittet ist. Ein weiterer Teil des Kraftflusses
wird über
das vierte Planetenradgetriebe P4 ausgeleitet.
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Der
achte Vorwärtsgetriebegang
V8 weist in diesem Ausführungsbeispiel
zwischen der Antriebseinheit 11 und der Abtriebseinheit 12 ein Übersetzungsverhältnis i8 von 0,718 auf. Der achte Vorwärtsgetriebegang
V8 wird gebildet, indem die drei Koppeleinheiten S1, S4, S5 geschlossen
werden. Die Koppeleinheit S1 verbindet die Antriebseinheit 11 drehfest
mit dem vierten Planetenradträger
P42. Die Koppeleinheit S4 verbindet den ersten Planetenradträger P12
drehfest mit dem Getriebegehäuse 13. Die
Koppeleinheit S5 verbindet den ersten Planetenradträger P12
drehfest mit dem vierten Sonnenrad P41, wodurch auch das vierte
Sonnenrad P41 drehfest mit dem Getriebegehäuse 13 verbunden ist.
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Der
vierte Planetenradträger
P42 rotiert mit einer gleichen Drehzahl wie die Antriebseinheit 11. Da
der vierte Planetenradträger
P42 fixiert ist, ist eine Drehzahl der Abtriebseinheit 12 durch
das Standübersetzungsverhältnis des
vierten Planetenradgetriebes P4 und die Drehzahl der Antriebseinheit 11 definiert.
Ein in die Getriebevorrichtung eingeleiteter Kraftfluss wird im
achten Vorwärtsgetriebegang
V8 über
das vierte Planetenradgetriebe P4 geleitet.
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Der
neunte Vorwärtsgetriebegang
V9 weist in diesem Ausführungsbeispiel
zwischen der Antriebseinheit 11 und der Abtriebseinheit 12 ein Übersetzungsverhältnis i9 von 0,579 auf. Der neunte Vorwärtsgetriebegang
V9 wird gebildet, indem die drei Koppeleinheiten S1, S2, S4 geschlossen
werden. Die Koppeleinheit S1 verbindet die Antriebseinheit 11 drehfest
mit dem vierten Planetenradträger
P42. Die Koppeleinheit S2 verbindet die Antriebseinheit 11 drehfest
mit dem ersten Sonnenrad P11. Die Koppeleinheit S4 verbindet den
ersten Planetenradträger P12
drehfest mit dem Getriebegehäuse 13.
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Das
erste Sonnenrad P11 rotiert mit einer gleichen Drehzahl wie die
Antriebseinheit 11. Da der erste Planetenradträger P12
fixiert ist, ist eine Drehzahl des ersten Hohlrads P13 durch die
Drehzahl der Antriebseinheit 11 und das Standübersetzungsverhältnis des
ersten Planetenradgetriebes P1 definiert. Da der zweite Planetenradträger P22
drehfest mit dem ersten Hohlrad P13 verbunden ist, ist eine Drehzahl
des zweiten Hohlrads P23 durch die Drehzahl des ersten Hohlrads
P13 und das Standübersetzungsverhältnis des
zweiten Planetenradgetriebes P3 definiert. Das vierte Sonnenrad
P41 weist die gleiche Drehzahl auf wie das zweite Hohlrad P23. Da
der vierte Planetenradträger
P42 die gleiche Drehzahl aufweist wie die Antriebseinheit 11,
ist eine Drehzahl der Abtriebseinheit 12 durch die Drehzahl
der Antriebseinheit 11, die Drehzahl des zweiten Hohlrads P23
und das Standübersetzungsverhältnis des
vierten Planetenradgetriebes P4 definiert. Ein in die Getriebevorrichtung
eingeleiteter Kraftfluss wird im neunten Vorwärtsgetriebegang V9 über das
vierte Planetenradgetriebe P4 eingeleitet und aufgesplittet. Ein
Teil des Kraftflusses wird über
die ersten beiden Planetenradgetriebe P1, P2 auf das vierte Planetenradgetriebe
P4 zurückgekoppelt.
Ein weiterer Teil des Kraftflusses wird über das vierte Planetenradgetriebe P4
ausgeleitet.
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Der
Rückwärtsgetriebegang
R1 weist in diesem Ausführungsbeispiel
zwischen der Antriebseinheit 11 und der Abtriebseinheit 12 ein Übersetzungsverhältnis iR von –4,099
auf.
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Der
Rückwärtsgetriebegang
R1 wird gebildet, indem die drei Koppeleinheiten S2, S4, S6 geschlossen
werden. Die Koppeleinheit S2 verbindet die Antriebseinheit 11 drehfest
mit dem ersten Sonnenrad P11. Die Koppeleinheit S4 verbindet den
ersten Planetenradträger
P12 drehfest mit dem Getriebegehäuse 13.
Die Koppeleinheit S6 verbindet das dritte Hohlrad P33 drehfest mit
dem Getriebegehäuse 13.
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Das
erste Sonnenrad P11 rotiert mit einer gleichen Drehzahl wie die
Antriebseinheit 11. Da der erste Planetenradträger P12
fixiert ist, ist eine Drehzahl des ersten Hohlrads P13 durch die
Drehzahl der Antriebseinheit 11 und das Standübersetzungsverhältnis des
ersten Planetenradgetriebes P1 definiert. Da der zweite Planetenradträger P22
drehfest mit dem ersten Hohlrad P13 verbunden ist, ist eine Drehzahl
des zweiten Hohlrads P23 durch die Drehzahl des ersten Hohlrads
P13 und das Standübersetzungsverhältnis des
zweiten Planetenradgetriebes P3 definiert. Das dritte Hohlrad P33
ist fixiert. Das dritte Sonnenrad P31 weist die gleiche Drehzahl
auf wie das zweite Hohlrad P23. Eine Drehzahl der Abtriebseinheit 12 ist
somit durch die Drehzahl des zweiten Hohlrads P23 und das Standübersetzungsverhältnis des
dritten Planetenradgetriebes P3 definiert. Ein in die Getriebevorrichtung
eingeleiteter Kraftfluss wird im Rückwärtsgetriebegang R1 über die
ersten beiden Planetenradgetriebe P1, P2 eingeleitet und über das
dritte Planetenradgetriebe P3 ausgeleitet. Das dritte Planetenradgetriebe
P3 stellt eine Drehrichtungsumkehr bereit.
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Ein
Stufensprung φ1/2 zwischen dem ersten und dem zweiten Vorwärtsgetriebegang
V1, V2 beträgt
1,568. Ein Stufensprung φ2/3 zwischen dem zweiten und dem dritten
Vorwärtsgetriebegang
V2, V3 beträgt
1,484. Ein Stufensprung φ3/4 zwischen dem dritten und dem vierten
Vorwärtsgetriebegang V3,
V4 beträgt
1,382. Ein Stufensprung φ4/5 zwischen dem vierten und dem fünften Vorwärtsgetriebegang V4,
V5 beträgt
1,378. Ein Stufensprung φ5/6 zwischen dem fünften und dem sechsten Vorwärtsgetriebegang
V5, V6 beträgt
1,234. Ein Stufensprung φ6/7 zwischen dem sechsten und dem siebten
Vorwärtsgetriebegang
V6, V7 beträgt
1,142. Ein Stufensprung φ7/8 zwischen dem siebten und dem achten Vorwärtsgetriebegang
V7, V8 beträgt
1,219. Ein Stufensprung φ8/9 zwischen dem achten und dem neunten Vorwärtsgetriebegang
V8, V9 beträgt
1,240. Eine Gesamtspreizung der Getriebevorrichtung zwischen dem
ersten Vorwärtsgetriebegang
V1 und dem neunten Vorwärtsgetriebegang
V9 beträgt
ca. 9,5 (vgl. 2). Sie kann mittels geänderter
Grundübersetzungsverhältnisse
der Planetenradgetriebe P1, P2, P3, P4 verändert werden.
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Ein
maximaler Drehzahlfaktor für
die Planetenradgetriebe P1, P2, P3, P4 beträgt in den Vorwärtsgetriebegängen V1–V9 ca.
2,8. Der Drehzahlfaktor für
die Planetenradgetriebe P1, P2, P3, P4 beschreibt ein Verhältnis zwischen
einer Drehzahl der Antriebseinheit 11 und einer maximalen
Drehzahl, die an den Sonnenrädern
P11, P21, P31, P41, den Hohlrädern
P13, P23, P33, P43 oder den Planetenradträgern P12, P22, P32, P42 in
einem der Vorwärtsgetriebegänge V1–V9 auftritt.
Ein maximaler Drehzahlfaktor für
die Planetenräder
P14, P24, P34, P44 beträgt
in den Vorwärtsgetriebegängen V1a–V9a ca.
3,5. Eine maximale Relativdrehzahl in den Koppeleinheiten S1, S2,
S3, S4, S5, S6 beträgt in
den Vorwärtsgetriebegängen V1a–V9a ca.
2,7.
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Ein
maximaler Drehmomentfaktor beträgt
für die
Vorwärtsgetriebegänge V1–V9 ca.
5,5. Der Drehmomentfaktor beschreibt ein Verhältnis zwischen einem Antriebsmoment,
das an der Antriebseinheit 11 anliegt, und einem maximalen
Drehmoment, das an den Sonnenrädern
P11, P21, P31, P41, den Hohlrädern
P13, P23, P33, P43 oder den Planetenradträgern P12, P22, P32, P42 auftritt.
Der maximale Drehmomentfaktor tritt im ersten Vorwärtsgetriebegang V1
auf. Für
die restlichen Vorwärtsgetriebegänge V2–V9 beträgt er 3,5.
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Eine
Schaltbarkeit der Vorwärtsgetriebegänge V1–V9 ist
in 4 gezeigt. Ausgehend von dem ersten Vorwärtsgetriebegang
V1 sind die Vorwärtsgetriebegänge V2,
V3, V4, V7 schaltbar. Ausgehend von dem zweiten Vorwärtsgetriebegang
V2 sind die Vorwärtsgetriebegänge V1,
V3, V4', V6 schaltbar. Ausgehend
von dem dritten Vorwärtsgetriebegang V3
sind die Vorwärtsgetriebegänge V1,
V2, V4, V4', V5,
schaltbar. Ausgehend von dem vierten Vorwärtsgetriebegang V4 sind die
Vorwärtsgetriebegänge V1, V3,
V4', V5, V7, V9
schaltbar. Ausgehend von dem redundanten vierten Vorwärtsgetriebegang
V4' sind die Vorwärtsgetriebegänge V2,
V3, V4, V5, V6 schaltbar. Ausgehend von dem fünften Vorwärtsgetriebegang V5 sind die
Vorwärtsgetriebegänge V3,
V4, V4', V6, V7,
V9 schaltbar. Ausgehend von dem sechsten Vorwärtsgetriebegang V6 sind die
Vorwärtsgetriebegänge V2,
V4', V5, V7, V8
schaltbar. Ausgehend von dem siebten Vorwärtsgetriebegang V7 sind die
Vorwärtsgetriebegänge V1,
V4, V5, V6, V8, V9 schaltbar. Ausgehend von dem achten Vorwärtsgetriebegang V8
sind die Vorwärtsgetriebegänge V6,
V7, V9 schaltbar. Ausgehend von dem neunten Vorwärtsgetriebegang V9 sind die
Vorwärtsgetriebegänge V4, V5,
V7, V8 schaltbar.