DE102011013903A1

DE102011013903A1 - Planetenradautomatikgetriebe

Info

Publication number: DE102011013903A1
Application number: DE201110013903
Authority: DE
Inventors: Tilo Marschall; Karl Heinz Genick; Ulrich Ohnemus; Lothar Wolf
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2012-09-20

Abstract

Planetenradautomatikgetriebe, insbesondere Planetenradautomatikgetriebe mit neun Vorwärtsgängen, das ein Getriebeeingangselement, ein Getriebeausgangselement, genau vier Planetenradsätze, genau drei Bremsen und genau drei Kupplungen aufweist. Jede der drei Kupplungen ist jeweils dazu vorgesehen, das Getriebeeingangselement jeweils mit einem der betreffenden Kupplung zugeordneten ersten bzw. zweiten bzw. dritten drehbar angeordneten Getriebeelement zu koppeln.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Planetenradautomatikgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein derartiges Planetenradautomatikgetriebe ist aus der DE 10 2009 031 543 A1 sowie aus der DE 10 2009 031 544 A1 bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Planetenradautomatikgetriebe, insbesondere ein Planetenradautomatikgetriebe mit neun Vorwärtsgängen, zu schaffen, dass so konzipiert ist, dass es einen hohen Radsatzwirkungsgrad aufweist, kompakt ausführbar ist und dessen Schaltelemente vorteilhaft angeordnet werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Planetenradautomatikgetriebe, insbesondere ein Planetenradautomatikgetriebe mit neun Vorwärtsgängen, das ein Getriebeeingangselement bzw. eine Eingangswelle und ein Getriebeausgangselement bzw. eine Ausgangswelle aufweist. Ferner sind genau vier Planetenradsätze, genau drei Bremsen und genau drei Kupplungen vorgesehen.
Unter dem Begriff „Bremse” wird ein Schaltelement verstanden, mittels dessen ein drehbar angeordnetes Getriebeelement in Bezug auf ein Getriebegehäuse des Planetenradautomatikgetriebes festgestellt werden kann.
Unter dem Begriff „Kupplung” wird ein Schaltelement verstanden, mittels dessen zwei drehbar angeordnete Getriebeelemente miteinander drehgekoppelt werden können.
Einzelne (im Sinne von nicht alle) Bremsen bzw. Kupplungen können als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet sein, was den Vorteil hat, dass im geöffneten Zustand, d. h. wenn kein Drehmoment übertragen werden kann, an dem betreffenden Schaltelement keine oder nur relativ geringe Schleppverluste auftreten.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass jede der drei Kupplungen jeweils dazu vorgesehen ist, das Getriebeeingangselement jeweils mit einem der betreffenden Kupplung zugeordneten ersten bzw. zweiten bzw. dritten drehbar angeordneten Getriebeelement zu koppeln. Sämtliche Kupplungen sind funktional also zwischen dem Getriebeeingangselement und einem drehbar angeordneten Getriebeelement angeordnet.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Kupplungen – von dem Getriebeeingangselement in Richtung zu dem Getriebeausgangselement betrachtet – vor dem ersten Planetenradsatz angeordnet, was eine sehr kompakte Bauweise und eine vorteilhafte Anordnung der zugeordneten Kupplungsbetätigungsaktuatoren ermöglicht.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist mindestens einer der Kupplungen und/oder mindestens einer der Bremsen ein Aktuator zugeordnet, der als elektromechanischer Aktuator ausgebildet ist. Ein derartiger elektromechanischer Aktuator kann beispielsweise durch einen Elektromotor und eine damit zusammenwirkende Kugel-/Rampeanordnung gebildet sein.
Werden die Schaltelemente gut zugänglich, d. h. nicht unter mehreren Wellenzügen, die unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten annehmen können, „vergraben”, dann besteht die Möglichkeit eines einfachen mechanischen Zugriffs von außen. Es wäre dann unerheblich, ob die Schaltelemente als reibschlüssige, lastschaltbare Lamellenkupplungen oder als formschlüssige Klauen ausgeführt sind. Die gute Zugänglichkeit böte die Option, eine verlustarme Schaltaktuatorik einzusetzen.
Aus der guten Zugänglichkeit ergeben sich für hydraulisch aktuierte Schaltelemente weitere Vorteile. Es müssen keine per Reibschluss abdichtende Drehdurchführungen an den Übergangsstellen des Drucköls über die einzelnen Wellen hinweg platziert vorgesehen werden. Dies wiederum hat den Vorteil, dass Reibstellen und Leckagen reduziert werden. Somit könnte die Ölpumpenleistung reduziert oder ein angeschlossenes Hydrauliksystem eingesetzt werden. Letzteres wiederum bedeutet die Verwendung eines nur bedarfsorientiert energieverbrauchten Hydraulik-Aktuators.
Gleichwohl könnte bei guter mechanischer Zugänglichkeit auch ein elektromechanischer Aktor verwendet werden. Sofern Schaltelemente örtlich zusammengefasst werden können, ergeben sich bezüglich der konkreten Ausgestaltung weitere Vorteile.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel eines Planetenradautomatikgetriebes gemäß der Erfindung;
2a eine Tabelle, in der die Übersetzungen und die Stufensprünge eines konkreten Ausführungsbeispiels des in 1 gezeigten Getriebes dargestellt sind;
2b eine Tabelle, welche die Standübersetzungen der einzelnen Planetenradsätze eines konkreten Ausführungsbeispiels des in 1 gezeigten Getriebes zeigt;
2c eine erste Schaltmatrix; und
2d eine Variante einer Schaltmatrix.
1 zeigt ein Planetenradautomatikgetriebe 1, das eine Getriebeeingangswelle GE und eine Getriebeausgangswelle GA aufweist.
Ferner sind genau vier Planetenradsätze vorgesehen und zwar, von der Getriebeeingangswelle GE in Richtung der Getriebeausgangswelle GA betrachtet, ein erster Planetenradsatz PGS1, ein zweiter Planetenradsatz PGS2, ein dritter Planetenradsatz PGS3 und ein vierter Planetenradsatz PGS4.
Ferner sind genau sechs Schaltelemente zum Schalten einzelner Gänge des Planetenradautomatikgetriebes vorgesehen, nämlich eine erste Kupplung K13, eine zweite Kupplung K14, eine dritte Kupplung K18, eine erste Bremse B04, eine zweite Bremse B06 und eine dritte Bremse B07.
Die Bremse B04 könnte als formschlüssiges Schaltelement, z. B. als Schaltklaue ausgebildet sein, was den Vorteil hätte, dass im geöffneten Zustand keinerlei Schleppverluste auftreten.
Der erste Planetenradsatz PGS1 weist ein drehbar angeordnetes Sonnenrad P1S auf, welches mit Planetenrädern P1P kämmt, die auf einem drehbar angeordneten Planetenradträger P1T drehbar angeordnet sind. Die Planetenräder P1P, von denen in 1 lediglich ein Planetenrad dargestellt ist, kämmen mit einem drehbar angeordneten Hohlrad P1H.
Das Sonnenrad P1S kann über die dritte Kupplung K18 mit dem Getriebeeingangselement GE drehgekoppelt werden.
Der Planetenträger P1T kann durch Schließen der dritten Bremse B07 in Bezug auf ein Gehäuse 0 des Planetenradautomatikgetriebes 1 festgestellt bzw. gebremst werden.
Der zweite Planetenradsatz PGS2 weist ein drehbar angeordnetes Sonnenrad P2S auf, das mit Planetenrädern P2P kämmt, die auf einem drehbar angeordneten Planetenradträger P2T drehbar angeordnet sind. Die Planetenräder P2P kämmen ferner mit einem drehbar angeordneten Hohlrad P2H.
Wie aus 1 ersichtlich ist, ist der Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes PGS2 permanent mit dem Hohlrad P1H des ersten Planetenradsatzes PGS1 drehgekoppelt. Ferner ist das Hohlrad P2H des zweiten Planetenradsatzes PGS2 permanent mit dem Planetenträger P1T des ersten Planetenradsatzes PGS1 drehgekoppelt. Über die dritte Bremse B07 können somit das Hohlrad P2H und der Planetenradträger P1T in Bezug auf das Gehäuse 0 festgestellt werden.
Mittels der zweiten Bremse B06 kann das Sonnenrad P2S des zweiten Planetenradsatzes PGS2 in Bezug auf das Gehäuse festgestellt werden.
Der dritte Planetenradsatz PGS3 weist drehbar angeordnetes Sonnenrad P3S auf, das mit dem Hohlrad P1H und dem Planetenradträger P2T permanent drehgekoppelt ist. Folglich sind das Hohlrad P1H und der Planetenradträger P2T permanent drehgekoppelt. Das Sonnenrad P3S des dritten Planetenradsatzes PGS3 kämmt mit Planetenrädern P3P, die drehbar auf einem drehbar angeordneten Planetenradträger P3T angeordnet sind. Die Planetenräder P3P kämmen ferner mit einem drehbar angeordneten Hohlrad P3H, das permanent mit dem Getriebeausgangselement GA drehgekoppelt ist.
Wie aus 1 ersichtlich ist, kann das Getriebeeingangselement GE über die zweite Kupplung K14, die als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt sein kann, mit dem Planetenradträger P3T des dritten Planetenradsatzes PGS3 drehgekoppelt werden. Bei der zweiten Kupplung K14 kann es sich um eine sogenante „Overdriv-Klaue” handeln, d. h. um eine Klaue, die nur in Overdrive-Gängen eingelegt wird. Der Planetenradträger P3T kann ferner durch Schließen der ersten Bremse B04 in Bezug auf das Getriebegehäuse 0 festgestellt werden.
Der vierte Planetenradsatz PGS4 weist ein drehbar angeordnetes Sonnenrad P4S auf. Durch Schließen der ersten Kupplung K13 kann das Getriebeeingangselement GE mit dem vierten Sonnenrad P4S drehgekoppelt werden. Das vierte Sonnenrad P4S kämmt mit Planetenrädern P4P, die drehbar auf einem drehbar angeordneten Planetenradträger P4T angeordnet sind. Der Planetenradträger P4T ist permanent mit dem Getriebeausgangselement GA und mit dem Hohlrad P3H drehgekoppelt. Die Planetenräder P4P kämmen ferner mit einem Hohlrad P4H, das permanent mit dem Planetenradträger P3T des dritten Planetenrades PGS3 drehgekoppelt ist. Durch Schließen der Kupplung K14 kann das Getriebeeingangselement GE mit dem Planetenradträger P3T und dem damit permanent drehgekoppelten Hohlrad P4H drehgekoppelt werden.
Wie aus 1 ersichtlich ist, sind die beiden Kupplungen K13 und K18 miteinander gekoppelt, d. h. sie können durch einen einzigen Kupplungsaktuator betätigt, d. h. gemeinsam geöffnet und geschlossen werden. Der Kupplung K14 kann ein separater Kupplungsbetätigungsaktuator zugeordnet sein. Die Kupplung K14 kann somit unabhängig von den beiden Kupplungen K13 und K18 betätigt werden. Den Bremsen B04, B06 und B07 ist jeweils ein hier nicht näher dargestellter separater Bremsbetätigungsaktuator zugeordnet.
Die Kupplung K18 kann als „integriertes Anfahrelement”, d. h. als Anfahrkupplung ausgelegt sein. Wenn die Kupplung K18 entsprechend dimensioniert und/oder gekühlt wird, könnte man auf einen hydrodynamischen Wandler verzichten bzw. recht einfach eine Hybridisierung erreichen. Da die Kupplung K18 der Eingangswelle GE angeordnet ist, d. h. am Getriebeeingang, kann Sie hinreichend groß dimensioniert und auch gekühlt werden.
Wie aus 1 ersichtlich ist, können die Kupplungen K13, K14 und K18 räumlich zusammengefasst werden. Die beiden Kupplungen K13 und K18 können durch einen einzigen Kupplungsaktuator betätigt werden. Den Kupplungen K13, K14 und K18 können aber auch separate Kupplungsbetätigungsaktuatoren zugeordnet sein.
Sämtliche Aktuatoren oder zumindest ein Teil der Aktuatoren können in Form elektromechanischer Aktuatoren oder elektrohydraulischer Aktuatoren ausgeführt sein. Werden alle sechs Aktuatoren als elektromechanischer oder hydraulischer Aktuatoren ausgeführt, so wären alle Aktuatoren bedarfsorientiert arbeitend und somit verlustoptimiert. Ein offenes Hydrauliksystem wäre somit nicht mehr erforderlich.
Wie aus 1 ersichtlich ist, erlaubt das oben beschriebene Getriebekonzept eine konstruktiv vorteilhafte, einfache und somit kostengünstige Anordnung der Aktuatoren zur Betätigung der Bremsen und Kupplungen. Sämtliche Bremsen können radial außerhalb der drehbar angeordneten Getriebeschaltelemente angeordnet sein. Die Kupplungen in K13, K14 und K18 können, wie in 1 dargestellt, „vorderhalb” des ersten Planetenradsatzes PGS1 angeordnet sein.
2c zeigt eine erste Variante einer Schaltmatrix zur Darstellung von neun Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang. Die schwarzen Punkte zeigen an, dass das betreffende Schaltelement (Kupplung bzw. Bremse) geschlossen ist. Nicht belegte Tabellenfelder repräsentieren geöffnete Schaltelemente.
2d zeigt eine alternative Schaltmatrix, ebenfalls mit neun Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009031543 A1 [0002]
DE 102009031544 A1 [0002]

Claims

Planetenradautomatikgetriebe (1), insbesondere Planetenradautomatikgetriebe (1) mit neun Vorwärtsgängen, das – ein Getriebeeingangselement (GE), – ein Getriebeausgangselement (GA), – genau vier Planetenradsätze (PGS1–PGS4), – genau drei Bremsen (B04, B06, B07) und – genau drei Kupplungen (K13, K14, K18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jede der drei Kupplungen (K13, K14, K18) jeweils dazu vorgesehen ist, das Getriebeeingangselement (GE) jeweils mit einem der betreffenden Kupplung (K13, K14, K18) zugeordneten ersten bzw. zweiten bzw. dritten drehbar angeordneten Getriebeelement (P4S; P3T, P4H; P1S) zu koppeln.
Planetenradautomatikgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungen (K13, K14, K18), vom Getriebeeingangselement (GE) in Richtung zu dem Getriebeausgangselement (GA) hin betrachtet, vor dem ersten Planetenradsatz (PGS1) angeordnet sind.
Planetenradautomatikgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetenradsatz (PGS1) ein drehbar angeordnetes Sonnenrad (P1S) und damit kämmende, auf einem Planetenradträger (P1T) drehbar angeordnete Planetenräder (P1P) aufweist, die wiederum drehbar mit einem drehbar angeordneten Hohlrad (P1H) kämmen.
Planetenradautomatikgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Planetenradsatz (PGS2) ein drehbar angeordnetes Sonnenrad (P2S) und damit kämmende, auf einem Planetenradträger (P2T) drehbar angeordnete Planetenräder (P2P) aufweist, die wiederum mit einem drehbar angeordneten Hohlrad (P2H) kämmen.
Planetenradautomatikgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Planetenradsatz (PGS3) ein drehbar angeordnetes Sonnenrad (P3S) und damit kämmende, auf einem Planetenradträger (P3T) drehbar angeordnete Planetenräder (P3P) aufweist, die wiederum mit einem drehbar angeordneten Hohlrad (P3H) kämmen.
Planetenradautomatikgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Planetenradsatz (PGS4) ein drehbar angeordnetes Sonnenrad (P4S) und damit kämmende, auf einem Planetenradträger (P4T) drehbar angeordnete Planetenräder (P4P) aufweist, die wiederum mit einem drehbar angeordneten Hohlrad (P4H) kämmen.
Planetenradautomatikgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeeingangselement (GE) über eine erste Kupplung (K13) mit dem Sonnenrad (P4S) des vierten Planetenradsatzes (PGS4) koppelbar ist.
Planetenradautomatikgetriebe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeeingangselement (GE) über eine zweite Kupplung (K14) mit dem Hohlrad (P4H) des vierten Planetenradsatzes (PGS4) koppelbar ist.
Planetenradautomatikgetriebe nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeeingangselement (GE) über eine dritte Kupplung (K18) mit dem Sonnenrad (P1S) des ersten Planetenradsatzes (PGS4) koppelbar ist.
Planetenradautomatikgetriebe nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradträger (P1T) des ersten Planentenradsatzes (PGS1) mit dem Hohlrad (P2H) des zweiten Planentenradsatzes (PGS2) drehgekoppelt ist.
Planetenradautomatikgetriebe nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradträger (P3T) des dritten Planetenradsatzes (PGS3) mit dem Hohlrad (P4H) des vierten Planetenradsatzes (PGS4) drehgekoppelt ist.
Planetenradautomatikgetriebe nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradträger (P3T) des dritten Planetenradsatzes (PGS3) und das Hohlrad (P4H) des vierten Planetenradsatzes (PGS4) über eine erste Bremse (B04) in Bezug auf ein Gehäuse (0) des Planetenradautomatikgetriebes (1) feststellbar ist.
Planetenradautomatikgetriebe nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (P2S) des zweiten Planetenradsatzes (PGS2) über eine zweite Bremse (B06) in Bezug auf ein Gehäuse (0) des Planetenradautomatikgetriebes (1) feststellbar ist.
Planetenradautomatikgetriebe nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradträger (P1T) des ersten Planentenradsatzes (PGS1) und das Hohlrad (P2H) des zweiten Planentenradsatzes (PGS2) über eine dritte Bremse (B07) in Bezug auf ein Gehäuse (0) des Planetenradautomatikgetriebes (1) feststellbar sind.
Planetenradautomatikgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (P1H) des ersten Planetenradsatzes (PGS1) mit dem Planetenradträger (P2T) des zweiten Planetenradsatzes (PGS2) und mit dem Sonnenrad (P3S) des dritten Planetenradsatzes (PGS3) drehgekoppelt ist.
Planetenradautomatikgetriebe nach einem vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (P3H) des dritten Planetenradsatzes (PGS3) und der Planetenradträger (P4T) des vierten Planetenradsatzes (PGS4) permanent mit dem Getriebeausgangselements (GA) drehgekoppelt sind.
Planetenradautomatikgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Betätigung mindestens einer der Kupplungen (K13, K14, K18) ein Aktuator vorgesehen ist, der als elektromechanischer Aktuator ausgebildet ist.
Planetenradautomatikgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Betätigung mindestens einer der Bremsen (B04, B06, B07) ein Aktuator vorgesehen ist, der als elektromechanischer Aktuator ausgebildet ist.
Planetenradautomatikgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die zweite Kupplung (K14) und/oder mindestens eine der Bremsen (B04, B06, B07) als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist.