DE102010063570A1

DE102010063570A1 - Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise

Info

Publication number: DE102010063570A1
Application number: DE102010063570A
Authority: DE
Inventors: Martin Fellmann; Stefan Beck; Dr. Gumpoltsberger Gerhard
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2012-06-21
Anticipated expiration: 2030-12-21
Also published as: DE102010063570B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere ein Splittergetriebe einer Arbeitsmaschine, mit einem Gehäuse (1), in welchem vier Planetensätze (4, 5, 6, 7) und mehrere Wellen aufgenommen sind, und mit Schaltelementen, welche durch zumindest eine Bremse und/oder Kupplungen gebildet sind und mittels deren gezielter Betätigung verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Antriebs- (2; 28) und einer Abtriebswelle (3; 20; 27; 32; 36; 37) darstellbar sind, wobei eine dritte Welle (14; 23; 24; 38) mit einem Sonnenrad eines dritten Planetensatzes (6) gekoppelt und mittels einer ersten Kupplung (10) mit einer vierten Welle (15; 33; 41) verbindbar ist, die zudem über eine zweite Kupplung (11) mit der Antriebswelle (2; 28) lösbar koppelbar ist, wobei eine fünfte Welle (16; 29) ein Hohlrad des dritten Planetensatzes (6) mit einem Steg eines zweiten Planetensatzes (5) verbindet, wobei ferner die Antriebswelle (2; 28) mit einem Steg des dritten Planetensatzes (6) und die Abtriebswelle (3; 20; 27; 32; 36; 37) mit einem Steg eines vierten Planetensatzes (7) in Verbindung steht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere ein Splittergetriebe einer Arbeitsmaschine, mit einem Gehäuse, in welchem vier Planetensätze und mehrere Wellen aufgenommen sind, und mit Schaltelementen, welche durch zumindest eine Bremse und/oder Kupplungen gebildet sind und mittels deren gezielter Betätigung verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Antriebs- und einer Abtriebswelle darstellbar sind.
Ein derartiges Mehrstufengetriebe kommt vorzugsweise als Splittergetriebe bei Arbeitsmaschinen zum Einsatz, wobei darstellbare Gänge des Splittergetriebes durch eine gezielte Betätigung der Schaltelemente und durch einen hierbei innerhalb der Planetensätze jeweils wirksamen Leistungsfluss definiert werden. Mit „Splittergetriebe” wird hierbei üblicherweise eine Getriebeeinheit bezeichnet, mit welcher mehrere Übersetzungsverhältnisse mit geringen Stufensprüngen darstellbar sind. Bei einem Gesamtgetriebe einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine, wie beispielsweise einem Traktor, wird ein derartiges Splittergetriebe als Lastschaltgetriebe üblicherweise mit einer weiteren mehrgängigen Getriebeeinheit in Form eines Gruppengetriebes mit hohen Stufensprüngen kombiniert, so dass durch diese Kombination ein Gesamtgetriebe mit einer hohen Anzahl an darstellbaren Fahrstufen bei gleichzeitig hoher Spreizung erreichbar ist. Häufig kommen hierbei weitere Getriebeeinheiten in Form einer Kriechgang- und/oder einer Wendeeinheit hinzu.
Aus der EP 0495942 B1 ist ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise bekannt, welches als Splittergetriebe einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine mit einem Gruppengetriebe kombiniert wird. Dabei weist dieses Splittergetriebe ein Gehäuse auf, in welchem vier Planetensätze und mehrere Wellen angeordnet sind, von denen eine die Antriebswelle und eine andere die Abtriebswelle des Mehrstufengetriebes darstellt. Des Weiteren sind im Bereich der Wellen mehrere Schaltelemente vorgesehen, mittels deren gezielter Betätigung der Leistungsfluss innerhalb der vier Planetensätze variiert und damit verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebs- und der Abtriebswelle definierbar sind. Insgesamt sind hierdurch acht Übersetzungsverhältnisse des Mehrstufengetriebes darstellbar.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mehrstufengetriebe der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mittels welchem eine hohe Anzahl an Übersetzungsverhältnissen mit einer geringen Bauteilanzahl und damit bei einem niedrigen Gewicht und geringem Herstellungsaufwand realisierbar ist. Ferner sollte sich eine nahezu geometrische Übersetzungsreihe darstellen lassen, sowie die Belastungen der einzelnen Getriebeelemente reduziert sein. Zudem sollen kleine und nahezu geometrische Stufensprünge zwischen den einzelnen Übersetzungsverhältnissen, sowie eine kompakte Bauweise möglich sein. Schließlich sollen hohe Verzahnungswirkungsgrade erreichbar sein.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die darauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben dabei jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Demnach wird ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise vorgeschlagen, welches in einem Gehäuse eine Antriebs- und eine Abtriebswelle, sowie weitere drehbare Wellen und vier Planetensätze aufnimmt. Die Planetensätze sind dabei bevorzugt in axialer Richtung betrachtet in der Reihenfolge erster Planetensatz, zweiter Planetensatz, dritter Planetensatz und vierter Planetensatz angeordnet und bevorzugt jeweils als Minusplanetensatz ausgebildet. Es ist jedoch ebenso denkbar, an Stellen, wo es die Bindbarkeit zulässt, einzelne oder mehrere der Minusplanetensätze in Plusplanetensätze umzuwandeln, wenn gleichzeitig eine Steg- und eine Hohlradanbindung getauscht und der Betrag der Standübersetzung um Eins erhöht wird. Zudem ist auch eine anderweitige Anordnung der Planetensätze in axialer Richtung als die oben beschriebene im Rahmen der Erfindung denkbar.
Bekanntlich umfasst ein einfacher Minusplanetensatz ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, welcher Planetenräder drehbar gelagert trägt, die jeweils mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmen. Bei festgesetztem Steg wird dabei eine zum Sonnenrad entgegengesetzte Drehrichtung des Hohlrades erreicht.
Im Gegensatz hierzu umfasst ein einfacher Plusplanetensatz ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, welcher innere und äußere Planetenräder drehbar gelagert trägt. Dabei kämmen alle inneren Planetenräder mit dem Sonnenrad und alle äußeren Planetenräder mit dem Hohlrad, wobei zudem jedes innere Planetenrad mit jeweils einem äußeren Planetenrad in Eingriff steht. Bei einem Festsetzen des Steges wird dabei eine gleiche Drehrichtung des Hohlrades gegenüber dem Sonnenrad erreicht.
Gemäß der Erfindung ist eine dritte Welle mit einem Sonnenrad eines dritten Planetensatzes gekoppelt und kann mittels einer ersten Kupplung mit einer vierten Welle verbunden werden, die zudem über eine zweite Kupplung mit der Antriebswelle lösbar koppelbar ist. Des Weiteren verbindet eine fünfte Welle ein Hohlrad des dritten Planetensatzes mit einem Steg eines zweiten Planetensatzes. Ferner steht die Antriebswelle mit einem Steg des dritten Planetensatzes und die Abtriebswelle mit einem Steg eines vierten Planetensatzes in Verbindung.
Bevorzugt dient die Antriebswelle als Antrieb des Mehrstufengetriebes, d. h. zum Einleiten eines Drehmoments in das Mehrstufengetriebe. Sie ist daher insbesondere von einem Antriebsmotor, beispielsweise einem Verbrennungs- oder Elektromotor, antreibbar. Die Abtriebswelle dient dementsprechend bevorzugt als Abtrieb des Mehrstufengetriebes, d. h. zum Abgriff eines Drehmoments von dem Mehrstufengetriebe, insbesondere zum Betreiben eines Aggregats, beispielsweise einer Pumpe oder eines elektrischen Generators, oder eines Fahrzeugantriebs, beispielsweise zumindest eines Fahrzeugrads oder zumindest einer Fahrzeuggleiskette.
In Weiterbildung der Erfindung kann die Abtriebswelle zudem mittels einer dritten Kupplung mit einer sechsten Welle verbunden werden, die mit einem Hohlrad eines ersten Planetensatzes in Verbindung steht. Ein Steg des ersten Planetensatzes ist zudem mit der fünften Welle und ein Sonnenrad des ersten Planetensatzes mit der vierten Welle gekoppelt.
Gemäß einer hierzu alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die fünfte Welle des Weiteren über eine dritte Kupplung mit einer sechsten Welle koppelbar, die mit einem Steg eines ersten Planetensatzes in Verbindung steht. Ferner ist ein Hohlrad des ersten Planetensatzes mit der Abtriebswelle und ein Sonnenrad des ersten Planetensatzes mit der vierten Welle verbunden.
Weiter Alternativ kann die vierte Welle mittels einer dritten Kupplung mit einer sechsten Welle verbunden werden, die im weiteren Verlauf mit einem Sonnenrad eines ersten Planetensatzes in Verbindung steht. Des Weiteren ist ein Steg des ersten Planetensatzes mit der fünften Welle und ein Hohlrad des ersten Planetensatzes mit der Abtriebswelle gekoppelt.
In Weiterbildung der vorgenannten Ausgestaltungen ist die dritte Welle zudem mit einem Sonnenrad des vierten Planetensatzes gekoppelt und über eine vierte Kupplung mit der Abtriebswelle verbindbar. Hierbei steht ein Hohlrad des vierten Planetensatzes mit einer siebten Welle in Verbindung, die mittels einer ersten Bremse am Gehäuse festsetzbar ist.
Entsprechend einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Abtriebswelle mittels einer vierten Kupplung mit einer siebten Welle gekoppelt werden, die mit einem Hohlrad des vierten Planetensatzes verbunden und über eine erste Bremse am Gehäuse festsetzbar ist. Ein Sonnenrad des vierten Planetensatzes ist mit der dritten Welle gekoppelt.
Alternativ hierzu ist die dritte Welle zudem mit einem Sonnenrad des vierten Planetensatzes verbunden und kann über eine vierte Kupplung mit einer siebten Welle gekoppelt werden, die zum einen mit einem Hohlrad des vierten Planetensatzes in Verbindung steht und zum anderen mittels einer ersten Bremse am Gehäuse festsetzbar ist.
Gemäß einer weiteren, alternativen Ausgestaltung kann die dritte Welle zum einen mittels einer vierten Kupplung mit der Abtriebswelle und zum anderen über eine fünfte Kupplung mit einer siebten Welle lösbar verbunden werden, welche mit einem Sonnenrad des vierten Planetensatzes in Verbindung steht. Zudem ist ein Hohlrad des vierten Planetensatzes drehfest mit dem Gehäuse gekoppelt.
In Weiterbildung der vorgenannten Varianten ist ein Hohlrad des zweiten Planetensatzes mit der vierten Welle und ein Sonnenrad des zweiten Planetensatzes mit einer achten Welle gekoppelt, die im weiteren Verlauf über eine weitere Bremse am Gehäuse festsetzbar ist. Als Alternative hierzu kann die vierte Welle über eine weitere Kupplung mit einer achten Welle gekoppelt werden, die mit einem Hohlrad des zweiten Planetensatzes in Verbindung steht. Ein Sonnenrad des zweiten Planetensatzes ist hierbei drehfest mit dem Gehäuse verbunden.
In den Fällen einer Festsetzbarkeit der siebten Welle über die erste Bremse ergibt sich ein erstes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der ersten Bremse, sowie der ersten und der zweiten Kupplung, wohingegen ein zweites Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Bremse, sowie der ersten Kupplung und der weiteren Bremse bzw. der weiteren Kupplung geschaltet wird. Ein drittes Übersetzungsverhältnis ist durch Schließen der ersten Bremse, sowie der zweiten Kupplung und der weiteren Bremse bzw. der weiteren Kupplung darstellbar. Des Weiteren ergibt sich ein viertes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Bremse, sowie der dritten Kupplung und der weiteren Bremse bzw. der weiteren Kupplung. Ferner wird ein fünftes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der zweiten Kupplung, der dritten Kupplung und der weiteren Bremse bzw. der weiteren Kupplung dargestellt, während ein sechstes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Kupplung, der dritten Kupplung und der weiteren Bremse bzw. der weiteren Kupplung schaltbar ist. Ein siebtes Übersetzungsverhältnis ergibt sich durch Schließen der dritten Kupplung, der vierten Kupplung und der weiteren Bremse bzw. der weiteren Kupplung, wohingegen ein achtes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Kupplung, der dritten Kupplung und der vierten Kupplung geschaltet wird. Alternativ hierzu ist das achte Übersetzungsverhältnis auch durch Schließen der zweiten Kupplung, der dritten Kupplung und der vierten Kupplung oder durch Betätigen der ersten Kupplung, der zweiten Kupplung und der dritten Kupplung oder durch Schließen der ersten Kupplung, der zweiten Kupplung und der vierten Kupplung darstellbar. Schließlich wird ein neuntes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Kupplung, der vierten Kupplung und der weiteren Bremse bzw. der weiteren Kupplung geschaltet, während sich ein zehntes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der zweiten Kupplung, der vierten Kupplung und der weiteren Bremse bzw. der weiteren Kupplung ergibt. Folglich lassen sich durch diese Betätigungen der Schaltelemente insgesamt zehn reguläre Übersetzungsverhältnisse darstellen.
In Weiterbildung der Erfindung ergibt sich ein erstes zusätzliches Übersetzungsverhältnis durch Schließen der ersten Bremse, sowie der ersten Kupplung und der dritten Kupplung. Ein weiteres, zweites zusätzliches Übersetzungsverhältnis wird durch Betätigen der ersten Bremse, sowie der zweiten Kupplung und der dritten Kupplung geschaltet. Hierdurch lässt sich die Anzahl an darstellbaren Gangstufen auf maximal zwölf ausdehnen.
In den Fällen einer Koppelbarkeit der siebten Welle mit der dritten Welle über eine fünfte Kupplung ergibt sich ein erstes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der ersten Kupplung, der zweiten Kupplung und der fünften Kupplung, während ein zweites Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Kupplung, der fünften Kupplung und der weiteren Bremse bzw. der weiteren Kupplung geschaltet wird. Ein weiteres, drittes Übersetzungsverhältnis ist durch Schließen der zweiten Kupplung, der fünften Kupplung und der weiteren Bremse bzw. der weiteren Kupplung darstellbar. Ferner ergibt sich ein viertes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der dritten Kupplung, der fünften Kupplung und der weiteren Bremse bzw. der weiteren Kupplung, und ein weiteres, fünftes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der zweiten Kupplung, der dritten Kupplung und der weiteren Bremse bzw. der weiteren Kupplung. Zudem wird ein sechstes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Kupplung, der dritten Kupplung und der weiteren Bremse bzw. der weiteren Kupplung geschaltet, während ein siebtes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der dritten Kupplung, der vierten Kupplung und der weiteren Bremse bzw. der weiteren Kupplung darstellbar ist. Ein achtes Übersetzungsverhältnis ergibt sich durch Betätigen der ersten Kupplung, der dritten Kupplung und der vierten Kupplung. Alternativ dazu ist das achte Übersetzungsverhältnis auch durch Schließen der zweiten Kupplung, der dritten Kupplung und der vierten Kupplung oder durch Betätigen der ersten Kupplung, der zweiten Kupplung und der dritten Kupplung oder durch Schließen der ersten Kupplung, der zweiten Kupplung und der vierten Kupplung darstellbar. Schließlich wird ein neuntes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Kupplung, der vierten Kupplung und der weiteren Bremse bzw. der weiteren Kupplung geschaltet, wohingegen sich ein zehntes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der zweiten Kupplung, der vierten Kupplung und der weiteren Bremse bzw. der weiteren Kupplung ergibt. Hierdurch sind folglich ebenfalls insgesamt zehn reguläre Übersetzungsverhältnisse darstellbar.
Vorteilhafterweise ergibt sich ein erstes zusätzliches Übersetzungsverhältnis durch Schließen der ersten Kupplung, der dritten Kupplung und der fünften Kupplung. Ein weiteres, zweites zusätzliches Übersetzungsverhältnis ist durch Betätigen der zweiten Kupplung, der dritten Kupplung und der fünften Kupplung darstellbar. Damit lässt sich die auch in diesem Fall die Anzahl an Gangstufen auf maximal zwölf erhöhen.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Antriebswelle des Mehrstufengetriebes zur Realisierung eines Nebenabtriebs insbesondere durch das Mehrstufengetriebe hindurchgeführt und dient dabei neben der Abtriebswelle als zusätzlicher zweiter Abtrieb, beispielsweise im Sinne eines Zapfwellenabtriebs für austauschbare Nebenaggregate.
Grundsätzlich umfasst die Erfindung auch Ausführungen des Mehrstufengetriebes, bei denen Antrieb und Abtrieb kinematisch gegeneinander vertauscht sind. Hierbei dient die genannte Abtriebswelle des Mehrstufengetriebes als dessen Antrieb, d. h. zum Einleiten eines Drehmoments in das Mehrstufengetriebe, beispielsweise mittels eines Antriebsmotors, und die genannte Antriebswelle des Mehrstufengetriebes dient als dessen Abtrieb, d. h. zum Abgriff eines Drehmoments von dem Mehrstufengetriebe, beispielsweise zum Betreiben eines Aggregats oder Fahrzeugantriebs. In einem Schaltschema des Mehrstufengetriebes kehrt sich die Reihenfolge der Übersetzungsverhältnisse dann entsprechend um.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs und der abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch die Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung näher dargestellt. Es zeigt:
1 eine schematische Ansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
2 ein beispielhaftes Schaltschema des Mehrstufengetriebes gemäß 1;
3 eine schematische Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
4 eine schematische Ansicht einer weiteren, dritten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
5 eine schematische Darstellung einer weiteren, vierten bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
6 eine schematische Ansicht einer fünften bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
7 eine schematische Darstellung einer sechsten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
8 eine schematische Ansicht einer siebten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
9 eine schematische Darstellung einer achten bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
10 eine schematische Ansicht einer weiteren, neunten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
11 eine weitere, schematische Ansicht einer zehnten bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
12 eine schematische Darstellung einer elften bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
13 eine schematische Ansicht einer weiteren, zwölften bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes; und
14 eine schematische Darstellung einer dreizehnten bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes.
Aus 1 geht eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes hervor. Bevorzugt handelt es sich hierbei um ein Splittergetriebe eines Gesamtgetriebes einer Arbeitsmaschine, wobei ein derartiges Splittergetriebe innerhalb des Gesamtgetriebes üblicherweise als Lastschaltgetriebe in Kombination mit einer weiteren Getriebeeinheit in Form eines Gruppengetriebes Anwendung findet. Dabei wird durch diese Kombination des Splittergetriebes mit niedrigen Stufensprüngen mit dem Gruppengetriebe mit hohen Stufensprüngen insgesamt eine große Anzahl an darstellbaren Übersetzungsverhältnissen bei gleichzeitig hoher Spreizung des Gesamtgetriebes erreicht. Durch diese hohe Anzahl an Darstellbaren Gangstufen eignet sich ein derartig aufgebautes Gesamtgetriebe insbesondere für die Anwendung im Bereich einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine, bevorzugt einem Ackerschlepper. Des Weiteren erfolgt auch bevorzugt eine zusätzliche Kombination der beiden vorgenannten Getriebeeinheiten mit weiteren Getriebeeinheiten in Form einer Kriechgang und/oder einer Wendeeinheit, wobei dabei eine geometrische Reihenfolge der einzelnen Getriebeeinheiten im Gesamtgetriebe prinzipiell frei wählbar ist.
Wie aus 1 ersichtlich ist, weist das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe ein – hier nur teilweise angedeutetes – Gehäuse 1 auf, in welchem unter anderem eine Antriebswelle 2, eine Abtriebswelle 3 und vier Planetensätze 4, 5, 6 und 7 aufgenommen sind. Vorliegend sind die Planetensätze 4, 5, 6 und 7 jeweils als Minusplanetensätze ausgebildet, wobei es im Rahmen der Erfindung aber ebenso gut denkbar ist, zumindest einen der Minusplanetensätze als Plusplanetensatz auszuführen. Hierbei ist dann gleichzeitig eine Steg- und eine Hohlradanbindung miteinander zu tauschen und der Betrag der Standübersetzung im Vergleich zu der Ausführung als Minusplanetensatz um Eins zu erhöhen. Zudem sind im vorliegenden Fall die Planetensätze 4, 5, 6 und 7 in axialer Richtung in der Reihenfolge 4, 5, 6, 7 angeordnet, wobei aber auch eine anderweitige Anordnung in axialer Richtung prinzipiell denkbar ist.
Wie des Weiteren in 1 dargestellt ist, umfasst das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe insgesamt sechs Schaltelemente, die durch zwei Bremsen 8 und 9 und vier Kupplungen 10, 11, 12 und 13 gebildet sind. Eine räumliche Anordnung dieser Schaltelemente kann dabei beliebig sein und wird nur durch deren Abmessungen, sowie die äußere Formgebung begrenzt. Vorliegend sind die Bremsen 8 und 9 und die Kupplungen 10, 11, 12 und 13 jeweils als Lamellenschaltelemente ausgeführt, wobei im Rahmen der Erfindung aber auch eine Ausführung als formschlüssige Schaltelemente oder als anderweitig ausgebildete reibschlüssige Schaltelemente denkbar ist. Mittels Betätigung der Schaltelemente ist ein selektives Schalten verschiedener Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle 2 und der Abtriebswelle 3 möglich.
Neben der Antriebswelle 2 und der Abtriebswelle 3 sind in dem Gehäuse 1 zudem eine dritte Welle 14, eine vierte Welle 15, eine fünfte Welle 16, eine sechste Welle 17, eine siebte Welle 18 und eine achte Welle 19 aufgenommen.
Erfindungsgemäß verbindet die dritte Welle 14 ein Sonnenrad des dritten Planetensatzes 6 mit einem Sonnenrad des vierten Planetensatzes 7 und kann zum einen über die erste Kupplung 10 mit der vierten Welle 15 und zum anderen über die vierte Kupplung 13 mit der Abtriebswelle 3 gekoppelt werden. Die vierte Welle 15 steht im weiteren Verlauf mit einem Hohlrad des zweiten Planetensatzes 5 und einem Sonnenrad des ersten Planetensatzes 4 in Verbindung und ist mittels der zweiten Kupplung 11 mit der Antriebswelle 2 lösbar verbindbar. Des Weiteren verbindet die fünfte Welle 16 einen Steg des ersten Planetensatzes 4, einen Steg des zweiten Planetensatzes 5 und ein Hohlrad des dritten Planetensatzes 6 miteinander. Die Abtriebswelle 3 ist, neben der möglichen Anbindung an die dritte Welle 14 über die vierte Kupplung 13, noch mit einem Steg des vierten Planetensatzes 7 gekoppelt und kann zudem mittels der dritten Kupplung 12 mit der sechsten Welle 17 verbunden werden, die im weiteren Verlauf mit einem Hohlrad des ersten Planetensatzes 4 in Verbindung steht.
Ferner ist ein Hohlrad des vierten Planetensatzes 7 mit der siebten Welle 18 gekoppelt, wobei die siebte Welle 18 über die erste Bremse 8 am Gehäuse 1 festgesetzt werden kann. Die achte Welle 19 steht mit einem Sonnenrad des zweiten Planetensatzes 5 in Verbindung und ist mittels der weiteren Bremse 9 ebenfalls am Gehäuse 1 festsetzbar. Schließlich steht noch die Antriebswelle 2 mit einem Steg des dritten Planetensatzes 6 in Verbindung.
2 zeigt ein beispielhaftes Schaltschema für das Mehrstufengetriebe gemäß 1. Hierbei sind zur Darstellung jedes einzelnen Übersetzungsverhältnisses jeweils drei der sechs Schaltelemente geschlossen, wobei zum Schalten in ein jeweils benachbartes Übersetzungsverhältnis der Zustand zweier Schaltelemente zu verändern ist. Dem beispielhaften Schaltschema in 2 sind Übersetzungen i in den einzelnen Gangstufen, sowie sich ergebende Gangsprünge φ zum jeweils benachbarten Übersetzungsverhältnis beispielhaft entnehmbar. Prinzipiell ist die Höhe der einzelnen Übersetzungen über die Höhe der Standübersetzungen der Planetensätze 4, 5, 6 und 7 dabei frei wählbar, wobei bevorzugt der erste Planetensatz 4 eine Standübersetzung von –1,665, der zweite Planetensatz 5 eine Standübersetzung von –3,290, der dritte Planetensatz 6 eine Standübersetzung von –1,708 und der vierte Planetensatz 7 eine Standübersetzung von –2,053 aufweist. Zudem ist in 2 für diese Standübersetzungen eine bevorzugte Spreizung des Mehrstufengetriebes von 4,27 angegeben.
Wie aus 2 hervorgeht, lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe insgesamt zehn reguläre Übersetzungsverhältnisse sowie zwei zusätzliche, mit Z1 und Z2 bezeichnete Übersetzungsverhältnisse realisieren. Zudem ist ein achtes Übersetzungsverhältnis durch mehrere alternative Betätigungen der Schaltelemente darstellbar, welche in 2 mit M1 bis M3 bezeichnet sind.
Hierbei ergibt sich ein erstes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der ersten Bremse 8, sowie der ersten Kupplung 10 und der zweiten Kupplung 11, wobei zum Schalten in ein darauffolgendes, zweites Übersetzungsverhältnis die zweite Kupplung 11 zu lösen und die weitere Bremse 9 zu betätigen ist. Ein, an das zweite Übersetzungsverhältnis anschließendes, drittes Übersetzungsverhältnis wird ausgehend vom zweiten Übersetzungsverhältnis durch Öffnen der ersten Kupplung 10 und Betätigen der zweiten Kupplung 11 geschaltet. Zum weiteren Hochschalten in ein viertes Übersetzungsverhältnis ist dann die zweite Kupplung 11 wiederum zu lösen und die dritte Kupplung 12 zu schließen, während sich ein daran anschließendes, fünftes Übersetzungsverhältnis ergibt, indem ausgehend vom vierten Übersetzungsverhältnis die erste Bremse 8 geöffnet und die zweite Kupplung 11 wiederum geschlossen wird. Ein darauf unmittelbar folgendes, sechstes Übersetzungsverhältnis wird dann ausgehend vom fünften Übersetzungsverhältnis durch Lösen der zweiten Kupplung 11 und Betätigen der ersten Kupplung 10 dargestellt, wobei zum weiteren Hochschalten in ein siebtes Übersetzungsverhältnis die erste Kupplung 10 wiederum zu öffnen und die vierte Kupplung 13 zu betätigen ist. Das daran anschließende, achte Übersetzungsverhältnis wird dann durch Lösen der weiteren Bremse 9 und Betätigen der ersten Kupplung 10 geschaltet. Nun ist das achte Übersetzungsverhältnis, entsprechend der Gänge M1 bis M3 in 2, alternativ auch durch Schließen der zweiten Kupplung 11, der dritten Kupplung 12 und der vierten Kupplung 13 oder durch Betätigen der ersten Kupplung 10, der zweiten Kupplung 11 und der dritten Kupplung 12 oder durch Schließen der ersten Kupplung 10, der zweiten Kupplung 11 und der vierten Kupplung 13 darstellbar.
Ferner ergibt sich ein neuntes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der weiteren Bremse 9, sowie der ersten Kupplung 10 und der vierten Kupplung 13, wobei zum Schalten in ein zehntes Übersetzungsverhältnis ausgehend vom neunten Übersetzungsverhältnis die erste Kupplung 10 zu öffnen und die zweite Kupplung 11 zu betätigen ist.
Das erste zusätzliche, mit Z1 bezeichnete Übersetzungsverhältnis ist darstellbar, indem die erste Bremse 8, sowie die erste Kupplung 10 und die dritte Kupplung 12 betätigt werden, wohingegen das zweite zusätzliche Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Bremse 8, sowie der zweiten Kupplung 11 und der dritten Kupplung 12 darstellbar und mit Z2 bezeichnet ist. Allerdings führt die Einreihung dieser zusätzlichen Übersetzungsverhältnisse in die durch die regulären zehn Übersetzungsverhältnisse gebildete Übersetzungsreihe zu nicht mehr geometrischen Stufensprüngen, weshalb die zusätzlichen Übersetzungsverhältnisse nur im Einzelfall vorzusehen sind.
Aus 3 geht eine schematische Ansicht einer weiteren, zweiten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes hervor. Im Unterschied zu der Ausgestaltung gemäß 1 kann eine Abtriebswelle 20, neben einer Verbindung mit dem Steg des vierten Planetensatzes 7 und einer Koppelbarkeit mit der sechsten Welle 17 über die dritte Kupplung 12, mittels einer vierten Kupplung 21 mit einer siebten Welle 22 verbunden werden. Die siebte Welle 22 ist dann im weiteren Verlauf mit dem Hohlrad des vierten Planetensatzes 7 gekoppelt und kann über die erste Bremse 8 am Gehäuse 1 festgesetzt werden. Schließlich steht noch eine dritte Welle 23 lediglich mit den Sonnenrädern des dritten Planetensatzes 6 und des vierten Planetensatzes 7 in Verbindung und ist über die erste Kupplung 10 mit der vierten Welle 15 lösbar verbindbar.
Der Aufbau der zweiten Ausführungsform gemäß 3 ist dabei wirkungsgleich ausgestaltet zu dem der vorherigen Ausführungsform nach 1, so dass in den einzelnen Übersetzungsverhältnissen bei gleichen Standübersetzungen der Planetensätze 4 bis 7 ebenfalls die Übersetzungen i, sowie die Gangsprünge φ entsprechend dem beispielhaften Schaltschema nach 2 erreicht werden. Hinsichtlich der Schaltung der einzelnen Übersetzungsverhältnisse ist das Beschriebene zu 2 dahingehend abzuwandeln, dass anstelle der vierten Kupplung 13 in 1 jeweils die vierte Kupplung 21 in 3 zu betätigen ist.
4 zeigt eine dritte bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes. Unterschiedlich zu der Variante nach 1 ist hierbei, dass eine dritte Welle 24, neben einer Koppelung mit den Sonnenrädern des dritten Planetensatzes 6 und des vierten Planetensatzes 7, sowie der Verbindbarkeit mit der vierten Welle 15 über die erste Kupplung 10, mittels einer vierten Kupplung 25 mit einer siebten Welle 26 gekoppelt werden kann. Im weiteren Verlauf steht die siebte Welle 26 dann mit dem Hohlrad des vierten Planetensatzes 7 in Verbindung und ist mittels der ersten Bremse 8 am Gehäuse 1 festsetzbar. Des Weiteren ist eine Abtriebswelle 27 lediglich mit dem Steg des vierten Planetensatzes 7 verbunden und über die dritte Kupplung 12 mit der sechsten Welle 17 koppelbar. Hierbei ist das Mehrstufengetriebe nach 4 zudem in einer Front-Quer-Bauweise ausgeführt, bei welcher ein Abtrieb über die Abtriebswelle 27 seitlich achsparallel versetzt zu einem Antrieb über eine Antriebswelle 28 erfolgt. Vorliegend ist die Antriebswelle 28 dabei zudem in axialer Richtung über die Position der ersten Bremse 8 hinaus verlängert ausgebildet.
Auch die Ausführungsform nach 4 stellt wiederum eine wirkungsgleiche Getriebevariante zu der Ausführungsform nach 1 dar. Dementsprechend werden bei gleichen Standübersetzungen der Planetensätze 4 bis 7 auch die in 2 angegebenen Werte für die Übersetzungen i in den einzelnen Gangstufen, sowie die Gangsprünge φ erzielt. Bezüglich einer Schaltung der einzelnen Übersetzungsverhältnisse ist das Beschriebene zu 2 allerdings dahingehend abzuändern, dass anstelle der vierten Kupplung 13 in 1 jeweils die vierte Kupplung 25 in 4 zu betätigen ist.
Aus 5 geht eine vierte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes hervor. Dieses unterscheidet sich zu der Getriebevariante nach 1 dahingehend, dass zwischen einer fünften Welle 29 und dem Steg des ersten Planetensatzes 4 eine sechste Welle 30 vorgesehen ist, die über eine dritte Kupplung 31 mit der fünften Welle 29 verbunden werden kann und mit dem Steg des ersten Planetensatzes 4 in Verbindung steht. Die fünfte Welle 29 ist im weiteren Verlauf, wie schon bei 1, mit dem Steg des zweiten Planetensatzes 5 und dem Hohlrad des dritten Planetensatzes 6 gekoppelt. Des Weiteren ist eine Abtriebswelle 32 direkt mit dem Hohlrad des ersten Planetensatzes 4 verbunden.
Auch die Ausgestaltung nach 5 stellt wiederum eine wirkungsgleiche Ausführungsform eines Mehrstufengetriebes zu der Variante nach 1 dar. Folglich kann das Schaltschema nach 2 auch für die Ausführungsform nach 5 herangezogen werden, wobei dieses hinsichtlich der Schaltung der einzelnen Übersetzungsverhältnisse dahingehend abzuwandeln ist, dass anstelle der dritten Kupplung 12 in 1 jeweils die dritte Kupplung 31 in 5 zu betätigen ist.
Des Weiteren geht aus 6 eine weitere, fünfte bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes hervor. Im Unterschied zu der Variante nach 1 ist dabei zwischen dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes 4 und einer vierten Welle 33 eine sechste Welle 34 platziert, welche über eine dritte Kupplung 35 mit der vierten Welle 33 verbunden werden kann und mit dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes 4 in Verbindung steht. Die vierte Welle 33 ist im weiteren Verlauf, genau wie bei der Variante nach 1, mit dem Hohlrad des zweiten Planetensatzes 5 und der ersten Kupplung 10, sowie der zweiten Kupplung 11 verbunden. Des Weiteren ist noch eine Abtriebswelle 32 unmittelbar mit dem Hohlrad des ersten Planetensatzes 4 gekoppelt.
Eine Schaltung der einzelnen Gangstufen der erneut zu 1 wirkungsgleichen Getriebevariante nach 6 unterscheidet sich zu dem Beschriebenen zu 2 nur dahingehend, dass eine Betätigung der dritten Kupplung 12 in 1 jeweils durch eine Betätigung der dritten Kupplung 35 in 6 zu ersetzen ist.
In 7 ist eine sechste Bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes dargestellt. Diese unterscheidet sich zu der Getriebevariante nach 1 dahingehend, dass zwischen dem Steg des ersten Planetensatzes 4 und einer fünften Welle 29, wie schon bei der Variante nach 5, eine sechste Welle 30 vorgesehen ist, die mit der fünften Welle 29 über eine dritte Kupplung 31 verbunden werden kann und mit dem Steg des ersten Planetensatzes 4 gekoppelt ist. Im weiteren Verlauf steht die fünfte Welle 29 dann wie bei 1 mit dem Steg des zweiten Planetensatzes 5 und dem Hohlrad des dritten Planetensatzes 6 in Verbindung. Des Weiteren ist eine Abtriebswelle 36 unmittelbar mit dem Hohlrad des ersten Planetensatzes 4 gekoppelt und kann über eine vierte Kupplung 21 mit einer siebten Welle 22 verbunden werden. Diese siebte Welle 22 steht mit dem Hohlrad des vierten Planetensatzes 7 in Verbindung und ist über die erste Bremse 8 am Gehäuse 1 festsetzbar. Schließlich ist noch eine dritte Welle 23 lediglich mit den Sonnenrädern des dritten Planetensatzes 6 und des vierten Planetensatzes 7 verbunden und mittels der ersten Kupplung 10 mit der vierten Welle 15 koppelbar.
Auch die Ausführungsform nach 7 stellt eine wirkungsgleiche Getriebeausführung zu der Ausgestaltung gemäß 1 dar, so dass erneut bei gleichen Standübersetzungen der Planetensätze 4 bis 7 die Werte für die Übersetzungen i und die Gangsprünge φ gemäß dem beispielhaften Schaltschema nach 2 erreicht werden. Hinsichtlich einer Schaltung der einzelnen Gangstufen ist das Beschriebene zu 2 allerdings dahingehend abzuändern, dass anstelle der dritten Kupplung 12 in 1 jeweils die dritte Kupplung 31 in 7 und anstelle der vierten Kupplung 13 in 1 jeweils die vierte Kupplung 21 in 7 zu betätigen ist.
Ferner geht aus 8 eine siebte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes hervor. Im Unterschied zu der Variante nach 1 ist hierbei erneut, wie schon bei der vorhergehenden Ausführungsform nach 7, zwischen dem Steg des ersten Planetensatzes 4 und einer fünften Welle 29 eine sechste Welle 30 platziert, die mit dem Steg des ersten Planetensatzes 4 in Verbindung steht und über eine dritte Kupplung 31 mit der fünften Welle 29 koppelbar ist. Des Weiteren kann eine dritte Welle 24, neben einer Verbindung mit den Sonnenrädern des dritten Planetensatzes 6 und des vierten Planetensatzes 7, sowie einer möglichen Koppelung mit der vierten Welle 15 über die erste Kupplung 10, mittels einer vierten Kupplung 25 mit einer siebten Welle 26 verbunden werden. Diese siebte Welle 26 ist im weiteren Verlauf mit dem Hohlrad des vierten Planetensatzes 7 gekoppelt und über die erste Bremse 8 am Gehäuse 1 festsetzbar. Schließlich ist noch eine Abtriebswelle 37 lediglich mit dem Hohlrad des ersten Planetensatzes 4 und dem Steg des vierten Planetensatzes 7 verbunden, wobei ein Abtrieb über die Abtriebswelle 37 seitlich achsparallel versetzt zu einem Antrieb über die Antriebswelle 2 erfolgt. Das Mehrstufengetriebe nach 8 ist somit, ähnlich wie die Variante nach 4, in Front-Quer-Bauweise ausgeführt.
Hinsichtlich einer Schaltung der einzelnen Übersetzungsverhältnisse der zu der Variante nach 1 wirkungsgleichen Ausgestaltung eines Mehrstufengetriebes ist das beispielhafte Schaltschema nach 2 dahingehend abzuändern, dass anstelle der dritten Kupplung 12 in 1 jeweils die dritte Kupplung 31 in 8 und anstelle der vierten Kupplung 13 in 1 jeweils die vierte Kupplung 25 in 8 zu betätigen ist. Die erreichbaren Übersetzungen i und die Gangsprünge φ entsprechen dabei bei gleichen Standübersetzungen der Planetensätze 4 bis 7 erneut den ablesbaren Werten aus 2.
Eine achte bevorzugte Ausgestaltung eines Mehrstufengetriebes geht aus 9 hervor. Unterschiedlich zu der Variante nach 1 ist hierbei, dass zwischen dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes 4 und einer vierten Welle 33 eine sechste Welle 34 platziert ist, welche mit dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes 4 in Verbindung steht und über eine dritte Kupplung 35 mit der vierten Welle 33 gekoppelt werden kann. Des Weiteren ist eine Abtriebswelle 36 direkt mit einem Hohlrad des ersten Planetensatzes 4 verbunden und kann im weiteren Verlauf, neben einer Verbindung mit dem Steg des vierten Planetensatzes 7, mittels einer vierten Kupplung 21 mit einer siebten Welle 22 gekoppelt werden. Diese siebte Welle 22 ist zudem mit dem Hohlrad des vierten Planetensatzes 7 verbunden und über die erste Bremse 8 am Gehäuse 1 festsetzbar. Schließlich ist noch eine dritte Welle 23 lediglich mit den Sonnenrädern des dritten Planetensatzes 6 und des vierten Planetensatzes 7 gekoppelt und mittels der ersten Kupplung 10 mit der vierten Welle 33 lösbar verbindbar.
Auch die Variante nach 9 stellt wiederum eine wirkungsgleiche Ausgestaltung eines Mehrstufengetriebes zu der Ausführungsform nach 1 dar. Hinsichtlich des Schaltens der einzelnen Übersetzungsverhältnisse ist das Beschriebene zu 2 dahingehend abzuwandeln, dass anstelle der dritten Kupplung 12 in 1 jeweils die dritte Kupplung 35 in 9 und anstelle der vierten Kupplung 13 in 1 jeweils die vierte Kupplung 21 in 9 zu betätigen ist.
Aus 10 ist eine neunte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes ersichtlich. Unterschiedlich zu der Ausgestaltung nach 1 ist dabei, dass eine dritte Welle 24, neben einer Verbindung mit den Sonnenrädern des dritten Planetensatzes 6 und des vierten Planetensatzes 7, sowie einer Koppelbarkeit mit einer vierten Welle 33 mittels der ersten Kupplung 10, über eine vierte Kupplung 25 mit einer siebten Welle 26 verbunden werden kann. Diese siebte Welle 26 steht im weiteren Verlauf mit dem Hohlrad des vierten Planetensatzes 7 in Verbindung und kann über die erste Bremse 8 am Gehäuse 1 festgesetzt werden. Des Weiteren ist zwischen dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes 4 und der vierten Welle 33 eine sechste Welle 34 vorgesehen, wobei diese sechste Welle 34 über eine dritte Kupplung 35 mit der vierten Welle 33 gekoppelt werden kann und im weiteren Verlauf mit dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes 4 in Verbindung steht. Schließlich ist noch eine Abtriebswelle 37 lediglich mit dem Hohlrad des ersten Planetensatzes 4 und dem Steg des vierten Planetensatzes 7 verbunden, wobei ein Abtrieb über die Abtriebswelle 37 seitlich achsparallel versetzt zu einem Antrieb über die Antriebswelle 2 erfolgt. Folglich ist auch die Variante nach 10 wiederum in Front-Quer-Bauweise ausgeführt.
Auch die neunte bevorzugte Ausgestaltung stellt wiederum eine wirkungsgleiche Getriebevariante zu der Ausführungsform gemäß 1 dar. Bezüglich einer Schaltung der einzelnen Gangstufen ist das beispielhafte Schaltschema nach 2 allerdings dahingehend abzuwandeln, dass anstelle der dritten Kupplung 12 in 1 jeweils die dritte Kupplung 35 in 10 und anstelle der vierten Kupplung 13 in 1 jeweils die vierte Kupplung 25 in 10 zu betätigen ist.
Aus 11 geht des Weiteren eine zehnte bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes hervor. Dieses unterscheidet sich von dem Mehrstufengetriebe gemäß 1 dadurch, dass zwischen dem Sonnenrad des vierten Planetensatzes 7 und einer dritten Welle 38 eine siebte Welle 39 platziert ist, welche über eine fünfte Kupplung 40 mit der dritten Welle 38 gekoppelt werden kann und mit dem Sonnenrad des vierten Planetensatzes 7 in Verbindung steht. Des Weiteren ist das Hohlrad des vierten Planetensatzes 7 drehfest mit dem Gehäuse 1 gekoppelt.
Bezüglich einer Schaltung der einzelnen Übersetzungsverhältnisse ist das beispielhafte Schaltschema nach 2 auch wiederum auf die zu der Variante gem. 1 wirkungsgleiche Ausgestaltung eines Mehrstufengetriebes gemäß 11 anwendbar, wobei die Beschreibung zu 2 aber dahingehend abzuwandeln ist, dass anstelle der ersten Bremse 8 in 1 jeweils die fünfte Kupplung 40 in 11 zu betätigen ist.
Aus 12 geht eine elfte bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes hervor. Unterschiedlich zu der Ausführungsform nach 1 ist hierbei, dass eine fünfte Welle 29, neben einer Koppelung mit dem Steg des zweiten Planetensatzes 5 und dem Hohlrad des dritten Planetensatzes 6, über eine dritte Kupplung 31 mit einer sechsten Welle 30 lösbar verbindbar ist, die im weiteren Verlauf mit dem Steg des ersten Planetensatzes 4 in Verbindung steht. Zudem ist zwischen dem Sonnenrad des vierten Planetensatzes 7 und einer dritten Welle 38 eine siebte Welle 39 platziert, welche zum einen mit dem Sonnenrad des vierten Planetensatzes 7 in Verbindung steht und zum anderen über eine fünfte Kupplung 40 mit der dritten Welle 38 gekoppelt werden kann. Schließlich ist noch eine Abtriebswelle unmittelbar mit dem Hohlrad des ersten Planetensatzes 4 verbunden.
Auch die Ausführungsform nach 12 stellt wiederum eine wirkungsgleiche Getriebevariante zu der Ausgestaltung nach 1 dar. Das beispielhafte Schaltschema nach 2 ist bezüglich der Variante nach 12 nur dahingehend abzuwandeln, dass anstelle der dritten Kupplung 12 in 1 jeweils die dritte Kupplung 31 in 12 und anstelle der ersten Bremse 8 in 1 jeweils die fünfte Kupplung 40 in 12 zu betätigen ist.
In 13 ist eine zwölfte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes dargestellt. Im Unterschied zu der Variante nach 1 ist dabei zwischen dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes 4 und einer vierten Welle 33 eine sechste Welle 34 vorgesehen, welche mit der vierten Welle 33 über eine dritte Kupplung 35 lösbar verbindbar ist und mit dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes 4 in Verbindung steht. Zudem ist zwischen dem Sonnenrad des vierte Planetensatzes 7 und einer dritten Welle 38 eine siebte Welle 39 platziert, wobei diese siebte Welle 39 mittels einer fünften Kupplung 40 mit der dritten Welle 38 gekoppelt werden kann und mit dem Sonnenrad des vierten Planetensatzes 7 verbunden ist. Des Weiteren ist das Hohlrad des vierten Planetensatzes 7 drehfest mit dem Gehäuse 1 gekoppelt. Schließlich ist noch eine Abtriebswelle 32 unmittelbar mit dem Hohlrad des ersten Planetensatzes 4 gekoppelt.
Bezüglich einer Schaltung der einzelnen Übersetzungsverhältnisse der zu der Variante nach 1 wirkungsgleichen Ausgestaltung eines Mehrstufengetriebes ist das beispielhafte Schaltschema nach 2 dahingehend abzuwandeln, dass anstelle der dritten Kupplung 12 in 1 jeweils die dritte Kupplung 35 in 13 und anstelle der ersten Bremse 8 in 1 jeweils die fünfte Kupplung 40 in 13 zu betätigen ist. Die erreichbaren Übersetzungen i und die Gangsprünge φ entsprechen dabei bei gleichen Standübersetzungen der Planetensätze 4 bis 7 erneut den ablesbaren Werten aus 2.
Schließlich geht noch aus 14 eine dreizehnte bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes hervor. Hierbei ist im Unterschied zu der Variante nach 1 zwischen dem Hohlrad des zweiten Planetensatzes 5 und einer vierten Welle 41 eine achte Welle 42 vorgesehen, wobei diese achte Welle 42 zum einen mittels einer weiteren Kupplung 43 mit der vierten Welle 41 verbunden werden kann und zum anderen mit dem Hohlrad des zweiten Planetensatzes 5 gekoppelt ist. Die vierte Welle 41 steht im weiteren Verlauf, wie schon bei der Variante nach 1, mit dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes 4 und der ersten Kupplung 10, sowie der zweiten Kupplung 11 in Verbindung. Schließlich ist noch das Sonnenrad des zweiten Planetensatzes 5 drehfest mit dem Gehäuse 1 gekoppelt.
Auch die dreizehnte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes entsprechend 14 ist wiederum wirkungsgleich ausgestaltet zu der Getriebevariante nach 1. Hinsichtlich des Schaltens der Übersetzungsverhältnisse ist das beispielhafte Schaltschema nach 2 hierbei dahingehend abzuändern, dass anstelle der weiteren Bremse 9 in 1 jeweils die weitere Kupplung 43 in 14 zu betätigen ist.
Mittels der einzelnen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen eines Mehrstufengetriebes lässt sich ein Splittergetriebe für ein Arbeitsfahrzeug mit einem niedrigen Herstellungsaufwand und geringem Gewicht erzielen. Zudem treten bei den erfindungsgemäßen Mehrstufengetrieben jeweils niedrige Absolut- und Relativdrehzahlen, sowie niedrige Planetensatz- und Schaltelementmomente auf. Schließlich werden jeweils eine gute Übersetzungsreihe und gute Verzahnungswirkungsgrade bei gleichzeitig nahezu geometrischen Stufensprüngen erzielt.
Neben den in den Figuren dargestellten Ausführungsformen sind hierbei weitere Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes denkbar, insbesondere indem die Anordnung der weiteren Kupplung der 14 mit den verschiedenen Positionen der übrigen Schaltelemente der 3 bis 13 jeweils kombiniert wird.
Es ist zudem denkbar, einzelne Schaltelemente entweder wegfallen zu lassen oder durch eine starre Verbindung zu ersetzen, wodurch sich jeweils ein Mehrstufengetriebe mit einer reduzierten Anzahl an darstellbaren Übersetzungsverhältnissen ergibt. Bevorzugt wäre im Falle der Ausgestaltung nach 1 ein Weglassen der vierten Kupplung 13 oder ein Ersatz der weiteren Bremse 9 durch eine starre Verbindung vorzunehmen, was jeweils in einem Mehrstufengetriebe mit sechs darstellbaren Gängen resultieren würde.
Zudem sind die erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe der 1, 3, 5 bis 7, 9 und 11 bis 14 jeweils bevorzugt koaxial aufgebaut, können aber auch mit seitlich achsparallel zueinander versetztem An- und Abtrieb realisiert werden, insbesondere zur Darstellung einer Front-Quer-Bauweise.
Es ist ferner möglich, an jeder geeigneten Stelle des Mehrstufengetriebes zusätzliche Freiläufe vorzusehen, beispielsweise zwischen einer Welle und dem Gehäuse, oder um zwei Wellen gegebenenfalls zu verbinden. Des Weiteren kann der Abtrieb prinzipiell überall an der jeweiligen Abtriebswelle und der Antrieb prinzipiell auch überall an der jeweiligen Antriebswelle angeordnet sein.
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung kann die jeweilige Antriebswelle durch ein Kupplungselement von einem Antriebsmotor nach Bedarf getrennt werden, wobei als Kupplungselement bevorzugt ein hydrodynamischer Drehmomentwandler, eine hydrodynamische Kupplung, eine trockene Anfahrkupplung, eine nasse Anfahrkupplung, eine Magnetpulverkupplung, eine Fliehkraftkupplung, etc. einsetzbar sind. Weiterhin sind hierbei als Anfahrelement auch eine integrierte Anfahrkupplung oder -bremse, eine zusätzliche E-Maschine oder eine Powershuttle-Einheit/Powerreversier-Einheit denkbar. Zudem ist es auch möglich, ein derartiges Anfahrelement in Kraftflussrichtung hinter dem Getriebe anzuordnen, wobei in diesem Fall die jeweilige Antriebswelle ständig mit der Kurbelwelle des Antriebsmotors verbunden ist. Alternativ kann auch eines der Schaltelemente des Mehrstufengetriebes als internes Anfahrelement genutzt werden. Dieses interne Anfahrelement sollte in den potentiellen Anfahrgängen vorzugsweise geschlossen sein, d. h. es wird während des Anfahrvorgangs geschlossen.
Zudem ist es möglich zwischen dem Antriebsmotor und dem Getriebe einen Torsionsschwingungsdämfper anzuordnen.
Schließlich ist es im Rahmen der Erfindung ebenso denkbar, auf jeder der Wellen, bevorzugt auf der jeweiligen Antriebswelle oder der jeweiligen Abtriebswelle eine elektrische Maschine als Generator und/oder als zusätzliche Antriebsmaschine anzuordnen. Selbstverständlich fällt auch jede konstruktive Ausbildung, insbesondere jede räumlich 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 Ausbildung nicht explizit in den Figuren oder in der Beschreibung dargestellt ist.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Antriebswelle
3: Abtriebswelle
4: erster Planetensatz
5: zweiter Planetensatz
6: dritter Planetensatz
7: vierter Planetensatz
8: erste Bremse
9: weitere Bremse
10: erste Kupplung
11: zweite Kupplung
12: dritte Kupplung
13: vierte Kupplung
14: dritte Welle
15: vierte Welle
16: fünfte Welle
17: sechste Welle
18: siebte Welle
19: achte Welle
20: Abtriebswelle
21: vierte Kupplung
22: siebte Welle
23: dritte Welle
24: dritte Welle
25: vierte Kupplung
26: siebte Welle
27: Abtriebswelle
28: Antriebswelle
29: fünfte Welle
30: sechste Welle
31: dritte Kupplung
32: Abtriebswelle
33: vierte Welle
34: sechste Welle
35: dritte Kupplung
36: Abtriebswelle
37: Abtriebswelle
38: dritte Welle
39: siebte Welle
40: fünfte Kupplung
41: vierte Welle
42: achte Welle
43: weitere Kupplung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0495942 B1 [0003]

Claims

Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere Splittergetriebe einer Arbeitsmaschine, mit einem Gehäuse (1), in welchem vier Planetensätze (4, 5, 6, 7) und mehrere Wellen aufgenommen sind, und mit Schaltelementen, welche durch zumindest eine Bremse und/oder Kupplungen gebildet sind und mittels deren gezielter Betätigung verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Antriebs- (2; 28) und einer Abtriebswelle (3; 20; 27; 32; 36; 37) darstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Welle (14; 23; 24; 38) mit einem Sonnenrad eines dritten Planetensatzes (6) gekoppelt und mittels einer ersten Kupplung (10) mit einer vierten Welle (15; 33; 41) verbindbar ist, die zudem über eine zweite Kupplung (11) mit der Antriebswelle (2; 28) lösbar koppelbar ist, wobei eine fünfte Welle (16; 29) ein Hohlrad des dritten Planetensatzes (6) mit einem Steg eines zweiten Planetensatzes (5) verbindet, wobei ferner die Antriebswelle (2; 28) mit einem Steg des dritten Planetensatzes (6) und die Abtriebswelle (3; 20; 27; 32; 36; 37) mit einem Steg eines vierten Planetensatzes (7) in Verbindung steht.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (3; 20; 27) zudem mittels einer dritten Kupplung (12) mit einer sechsten Welle (17) verbindbar ist, die mit einem Hohlrad eines ersten Planetensatzes (4) in Verbindung steht, wobei ein Steg des ersten Planetensatzes (4) mit der fünften Welle (16) und ein Sonnenrad des ersten Planetensatzes (4) mit der vierten Welle (15; 41) gekoppelt ist.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die fünfte Welle (29) des Weiteren über eine dritte Kupplung (31) mit einer sechsten Welle (30) koppelbar ist, die mit einem Steg eines ersten Planetensatzes (4) in Verbindung steht, wobei ein Hohlrad des ersten Planetensatzes (4) mit der Abtriebswelle (32; 36; 37) und ein Sonnenrad des ersten Planetensatzes (4) mit der vierten Welle (15) verbunden ist.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Welle (33) ferner mittels einer dritten Kupplung (35) mit einer sechsten Welle (34) verbindbar ist, die im weiteren Verlauf mit einem Sonnenrad eines ersten Planetensatzes (4) in Verbindung steht, wobei ein Steg des ersten Planetensatzes (4) mit der fünften Welle (16) und ein Hohlrad des ersten Planetensatzes (4) mit der Abtriebswelle (32; 36; 37) gekoppelt ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Welle (14) zudem mit einem Sonnenrad des vierten Planetensatzes (7) gekoppelt und über eine vierte Kupplung (13) mit der Abtriebswelle (3; 32) verbindbar ist, wobei ein Hohlrad des vierten Planetensatzes (7) mit einer siebten Welle (18) in Verbindung steht, die mittels einer ersten Bremse (8) am Gehäuse (1) festsetzbar ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (20; 36) mittels einer vierten Kupplung (21) mit einer siebten Welle (22) verbindbar ist, die mit einem Hohlrad des vierten Planetensatzes (7) verbunden und über eine erste Bremse (8) am Gehäuse (1) festsetzbar ist, wobei ein Sonnenrad des vierten Planetensatzes (7) mit der dritten Welle (23) gekoppelt ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Welle (24) des Weiteren mit einem Sonnenrad des vierten Planetensatzes (7) verbunden und über eine vierte Kupplung (25) mit einer siebten Welle (26) koppelbar ist, die zum einen mit einem Hohlrad des vierten Planetensatzes (7) in Verbindung steht und zum anderen mittels einer ersten Bremse (8) am Gehäuse (1) festsetzbar ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Welle (38) zum einen mittels einer vierten Kupplung (13) mit der Abtriebswelle (3; 32) und zum anderen über eine fünfte Kupplung (40) mit einer siebten Welle (39) lösbar verbindbar ist, welche mit einem Sonnenrad des vierten Planetensatzes (7) in Verbindung steht, wobei ein Hohlrad des vierten Planetensatzes (7) drehfest mit dem Gehäuse (1) gekoppelt ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hohlrad des zweiten Planetensatzes (5) mit der vierten Welle (15; 33) und ein Sonnenrad des zweiten Planetensatzes (5) mit einer achten Welle (19) gekoppelt ist, die im weiteren Verlauf über eine weitere Bremse (9) am Gehäuse (1) festsetzbar ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Welle (41) über eine weitere Kupplung (43) mit einer achten Welle (42) koppelbar ist, die mit einem Hohlrad des zweiten Planetensatzes (5) in Verbindung steht, wobei ein Sonnenrad des zweiten Planetensatzes (5) drehfest mit dem Gehäuse (1) verbunden ist.
Mehrstufengetriebe nach den Ansprüchen 5 und 9, den Ansprüchen 6 und 9, den Ansprüchen 7 und 9, den Ansprüchen 5 und 10, den Ansprüchen 6 und 10 oder den Ansprüchen 7 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein erstes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der ersten Bremse (8), sowie der ersten (10) und der zweiten Kupplung (11), ein zweites Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Bremse (8), sowie der ersten Kupplung (10) und der weiteren Bremse (9) bzw. der weiteren Kupplung (43), ein drittes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der ersten Bremse (8), sowie der zweiten Kupplung (11) und der weiteren Bremse (9) bzw. der weiteren Kupplung (43), ein viertes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Bremse (8), sowie der dritten Kupplung (12; 31; 35) und der weiteren Bremse (9) bzw. der weiteren Kupplung (43), ein fünftes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der zweiten Kupplung (11), der dritten Kupplung (12; 31; 35) und der weiteren Bremse (9) bzw. der weiteren Kupplung (43), ein sechstes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Kupplung (10), der dritten Kupplung (12; 31; 35) und der weiteren Bremse (9) bzw. der weiteren Kupplung (43), ein siebtes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der dritten Kupplung (12; 31; 35), der vierten Kupplung (13; 21; 25) und der weiteren Bremse (9) bzw. der weiteren Kupplung (43), ein achtes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Kupplung (10), der dritten Kupplung (12; 31; 35) und der vierten Kupplung (13; 21; 25) oder durch Schließen der zweiten Kupplung (11), der dritten Kupplung (12; 31; 35) und der vierten Kupplung (13; 21; 25) oder durch Betätigen der ersten Kupplung (10), der zweiten Kupplung (11) und der dritten Kupplung (12; 31; 35) oder durch Schließen der ersten Kupplung (10), der zweiten Kupplung (11) und der vierten Kupplung (13; 21; 25), ein neuntes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Kupplung (10), der vierten Kupplung (13; 21; 25) und der weiteren Bremse (9) bzw. der weiteren Kupplung (43), und ein zehntes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der zweiten Kupplung (11), der vierten Kupplung (13; 21; 25) und der weiteren Bremse (9) bzw. der weiteren Kupplung (43) ergibt.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein erstes zusätzliches Übersetzungsverhältnis durch Schließen der ersten Bremse (8), sowie der ersten Kupplung (10) und der dritten Kupplung (12; 31; 35), und ein zweites zusätzliches Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Bremse (8), sowie der zweiten Kupplung (11) und der dritten Kupplung (12; 31; 35) ergibt.
Mehrstufengetriebe nach den Ansprüchen 8 und 9 oder den Ansprüchen 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein erstes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der ersten Kupplung (10), der zweiten Kupplung (11) und der fünften Kupplung (40), ein zweites Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Kupplung (10), der fünften Kupplung (40) und der weiteren Bremse (9) bzw. der weiteren Kupplung, ein drittes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der zweiten Kupplung (11), der fünften Kupplung (40) und der weiteren Bremse (9) bzw. der weiteren Kupplung, ein viertes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der dritten Kupplung (12; 31; 35), der fünften Kupplung (40) und der weiteren Bremse (9) bzw. der weiteren Kupplung, ein fünftes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der zweiten Kupplung (11), der dritten Kupplung (12; 31; 35) und der weiteren Bremse (9) bzw. der weiteren Kupplung, ein sechstes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Kupplung (10), der dritten Kupplung (12; 31; 35) und der weiteren Bremse (9) bzw. der weiteren Kupplung, ein siebtes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der dritten Kupplung (12; 31; 35), der vierten Kupplung (13) und der weiteren Bremse (9) bzw. der weiteren Kupplung, ein achtes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Kupplung (10), der dritten Kupplung (12; 31; 35) und der vierten Kupplung (13) oder durch Schließen der zweiten Kupplung (11), der dritten Kupplung (12; 31; 35) und der vierten Kupplung (13) oder durch Betätigen der ersten Kupplung (10), der zweiten Kupplung (11) und der dritten Kupplung (12; 31; 35) oder durch Schließen der ersten Kupplung (10), der zweiten Kupplung (11) und der vierten Kupplung (13), ein neuntes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der ersten Kupplung (10), der vierten Kupplung (13) und der weiteren Bremse (9) bzw. der weiteren Kupplung, und ein zehntes Übersetzungsverhältnis durch Schließen der zweiten Kupplung (11), der vierten Kupplung (13) und der weiteren Bremse (9) bzw. der weiteren Kupplung ergibt.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein erstes zusätzliches Übersetzungsverhältnis durch Schließen der ersten Kupplung (10), der dritten Kupplung (12; 31; 35) und der fünften Kupplung (40), und ein zweites zusätzliches Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der zweiten Kupplung (11), der dritten Kupplung (12; 31; 35) und der fünften Kupplung (40) ergibt.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (3; 20; 27; 32; 36; 37) als Antrieb und die Antriebswelle (2, 28) als Abtrieb des Mehrstufengetriebes dient.