DE102011079718A1 - Multi-stage gearbox i.e. automatic gearbox, for passenger car, has gear train with ring gears connected with spur gears of gear stage, where other gears of gear stage are connected to shaft and another gear train is locked through clutches - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe, insbesondere ein Automatgetriebe für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The present invention relates to a multistage transmission, in particular an automatic transmission for a motor vehicle, according to the preamble of
Automatgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, umfassen nach dem Stand der Technik Planetenradsätze, die mittels Reibungs- bzw. Schaltelementen, wie etwa Kupplungen und Bremsen, geschaltet werden und üblicherweise mit einem einer Schlupfwirkung unterliegenden und wahlweise mit einer Überbrückungskupplung versehenen Anfahrelement, wie etwa einem hydrodynamischen Drehmomentwandler oder einer Strömungskupplung, verbunden sind. Automatic transmissions, particularly for motor vehicles, include, in the prior art, planetary gear sets that are switched by means of friction elements, such as clutches and brakes, and usually with a slip element and optionally a lockup clutch, such as a hydrodynamic torque converter or a fluid coupling connected.
Derartige Automatgetriebe sind im Stand der Technik vielfach beschrieben und unterliegen einer permanenten Weiterentwicklung und Verbesserung. So sollen diese Getriebe eine ausreichende Anzahl von Vorwärtsgängen sowie mindestens einen Rückwärtsgang und eine für Kraftfahrzeuge sehr gut geeignete Übersetzung mit einer hohen Gesamtspreizung sowie günstigen Stufensprüngen aufweisen. Ferner sollen diese eine hohe Anfahrübersetzung in Vorwärtsrichtung ermöglichen und einen Direktgang enthalten. Zudem sollen Automatgetriebe einen geringen Bauaufwand und eine geringe Anzahl an Schaltelementen erfordern, wobei bei sequentieller Schaltweise jeweils nur ein Schaltelement zugeschaltet und ein Schaltelement abgeschaltet werden soll. Such automatic transmissions are often described in the prior art and are subject to permanent development and improvement. So these transmissions should have a sufficient number of forward gears and at least one reverse gear and a transmission very well suited for motor vehicles with a high overall spread and favorable increments. Furthermore, these should allow a high starting ratio in the forward direction and contain a direct gear. In addition, automatic transmissions require a low construction cost and a small number of switching elements, with sequential switching mode in each case only one switching element is switched on and a switching element to be switched off.
Ein derartiges Automatgetriebe ist beispielsweise aus der
Ferner ist bei dem bekannten Getriebe vorgesehen, dass die Antriebswelle über die erste Kupplung mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes und über die zweite Kupplung mit dem Steg des ersten Planetensatzes verbindbar ist, wobei das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes über die erste Bremse mit einem Gehäuse des Getriebes verbindbar ist und der Steg des ersten Planetenradsatzes über die zweite Bremse mit dem Gehäuse des Getriebes verbindbar ist, wobei das Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes über die dritte Bremse mit dem Gehäuse des Getriebes verbindbar ist. Die Abtriebswelle des Getriebes ist mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes und dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes ständig verbunden. Furthermore, it is provided in the known transmission that the drive shaft via the first clutch to the sun gear of the first planetary gear and the second clutch to the web of the first planetary gear set is connectable, wherein the sun gear of the first planetary gear set via the first brake with a housing of the transmission is connectable and the web of the first planetary gear set via the second brake to the housing of the transmission is connectable, wherein the sun gear of the third planetary gear set via the third brake to the housing of the transmission is connectable. The output shaft of the transmission is permanently connected to the web of the third planetary gear set and the ring gear of the first planetary gear set.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem Automatgetriebe gemäß der
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor. This object is achieved by the features of
Demnach wird ein Mehrstufengetriebe vorgeschlagen, welches eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, zwei axial betrachtet hintereinander angeordnete Planetenradsätze, im Folgenden als erster und zweiter Planetenradsatz bezeichnet, eine erste und eine zweite Stirnradstufe in Verbindung mit einer parallel zur Längsachse der Planetenradsätze angeordnete Vorgelegewelle, die als Abtriebswelle dient, und fünf Schaltelemente, umfassend Bremsen und Kupplungen, umfasst, deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle bewirkt, so dass vorzugsweise sechs Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar sind. Accordingly, a multi-speed transmission is proposed, which a drive shaft, an output shaft, two axially successively arranged planetary gear sets, hereinafter referred to as first and second planetary gear, a first and a second spur gear in conjunction with a parallel to the longitudinal axis of the planetary gear sets arranged countershaft, as the output shaft serves, and five switching elements comprising brakes and clutches, the selective engagement causes different ratios between the drive shaft and the output shaft, so that preferably six forward gears and one reverse gear can be realized.
Die Planetenradsätze sind vorzugsweise als Minus-Planetenradsätze ausgebildet. Ein einfacher Minus-Planetenradsatz umfasst bekanntlich ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, an dem Planetenräder drehbar gelagert sind, die jeweils mit Sonnenrad und Hohlrad kämmen. Hierdurch weist das Hohlrad bei festgehaltenem Steg eine zum Sonnenrad entgegengesetzte Drehrichtung auf. Demgegenüber umfasst ein einfacher Plus-Planetenradsatz ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, an dem innere und äußere Planetenräder drehbar gelagert sind, wobei alle inneren Planetenräder mit dem Sonnenrad und alle äußeren Planetenräder mit dem Hohlrad kämmen, wobei jedes innere Planetenrad mit jeweils einem äußeren Planetenrad kämmt. Hierdurch weist das Hohlrad bei festgehaltenem Steg die gleiche Drehrichtung auf wie das Sonnenrad und es ergibt sich eine positive Standgetriebeübersetzung. The planetary gear sets are preferably designed as negative planetary gear sets. A simple minus planetary gear known to include a sun gear, a ring gear and a ridge on which planet gears are rotatably mounted, each meshing with the sun gear and ring gear. In this way, the ring gear at a fixed web on a sun gear opposite direction of rotation. In contrast, a simple plus planetary gear includes a sun gear, a ring gear and a web on which inner and outer planetary gears are rotatably mounted, wherein all inner planetary gears mesh with the sun gear and all outer planetary gears with the ring gear, each inner planetary gear each having an outer Planet wheel meshes. As a result, the ring gear has the same direction of rotation when the web is held on as the sun gear and there is a positive stationary gear ratio.
Gemäß der Erfindung ist die Antriebswelle über eine erste Kupplung mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes lösbar verbindbar, welches über eine zweite Bremse an das Gehäuse des Getriebes ankoppelbar ist, wobei der Steg des zweiten Planetenradsatzes über eine erste Bremse an das Gehäuse des Getriebes ankoppelbar ist und mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes verbunden ist und wobei die Antriebswelle mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes verbunden ist. According to the invention, the drive shaft via a first clutch with the sun gear of the second planetary gear set is releasably connectable, which is coupled via a second brake to the housing of the transmission, wherein the web of the second planetary gear set via a first brake to the housing of the transmission can be coupled and With the ring gear of the first planetary gear set is connected and wherein the drive shaft is connected to the sun gear of the first planetary gear set.
Hierbei ist der Steg des ersten Planetenradsatzes über eine zweite Kupplung mit einem ersten Stirnrad der ersten Stirnradstufe verbunden, deren zweites Stirnrad mit der Abtriebswelle verbunden ist, wobei das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes mit einem ersten Stirnrad der zweiten Stirnradstufe des Getriebes verbunden ist, deren zweites Stirnrad mit der Abtriebswelle verbunden ist. Here, the web of the first planetary gear set is connected via a second clutch to a first spur gear of the first spur gear, the second spur gear is connected to the output shaft, wherein the ring gear of the second planetary gear set is connected to a first spur gear of the second spur gear of the transmission, the second spur gear connected to the output shaft.
Des Weiteren ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass eine dritte, vierte oder fünfte Kupplung vorgesehen ist, durch deren Schließen der erste Planetenradsatz verblockbar ist. Furthermore, it is provided according to the invention that a third, fourth or fifth clutch is provided by the closing of which the first planetary gear set is blockable.
Die dritte Kupplung kann gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung als Kupplung ausgeführt sein, welche das Sonnenrad mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes lösbar verbindet. Alternativ kann die vierte Kupplung als Kupplung ausgeführt sein, welche den Steg mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes lösbar verbindet, wobei die fünfte Kupplung als Kupplung ausgeführt sein kann, welche den Steg mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes lösbar verbindet. The third clutch can be designed according to a first embodiment of the invention as a coupling which connects the sun gear with the ring gear of the first planetary gear set releasably. Alternatively, the fourth clutch may be designed as a coupling which releasably connects the web to the sun gear of the first planetary gear set, wherein the fifth clutch may be designed as a coupling which removably connects the web to the ring gear of the first planetary gear set.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Mehrstufengetriebes ergeben sich insbesondere für Personenkraftwagen geeignete Übersetzungen sowie eine erhöhte Gesamtspreizung des Mehrstufengetriebes, wodurch eine Verbesserung des Fahrkomforts und eine signifikante Verbrauchsabsenkung bewirkt werden. The inventive design of the multi-speed transmission results in particular for passenger cars suitable translations and increased total spread of the multi-speed transmission, whereby an improvement in ride comfort and a significant consumption reduction can be effected.
Darüber hinaus wird mit dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe durch eine geringe Anzahl an Schaltelementen der Bauaufwand erheblich reduziert. In vorteilhafter Weise ist es mit dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe möglich, ein Anfahren mit einem hydrodynamischen Wandler, einer externen Anfahrkupplung oder auch mit sonstigen geeigneten externen Anfahrelementen durchzuführen. Es ist auch denkbar, einen Anfahrvorgang mit einem im Getriebe integrierten Anfahrelement zu ermöglichen. Vorzugsweise eignet sich ein Schaltelement, welches im ersten Vorwärtsgang und/ oder im Rückwärtsgang betätigt wird. In addition, the construction cost is significantly reduced with the multi-stage transmission according to the invention by a small number of switching elements. Advantageously, it is possible with the multistage transmission according to the invention to carry out a start with a hydrodynamic converter, an external starting clutch or other suitable external starting elements. It is also conceivable to allow a starting operation with a start-up element integrated in the transmission. Preferably, a switching element which is actuated in the first forward gear and / or in reverse is suitable.
Des Weiteren ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe ein guter Wirkungsgrad in den Hauptfahrgängen bezüglich der Schlepp- und Verzahnungsverluste. Furthermore, in the multistage transmission according to the invention, a good efficiency in the main drives with respect to the drag and gear losses.
Ferner liegen geringe Drehmomente in den Schaltelementen und in den Planetenradsätzen des Mehrstufengetriebes vor, wodurch der Verschleiß in vorteilhafter Weise reduziert wird. Zudem wird durch die geringen Drehmomente eine entsprechend geringe Dimensionierung ermöglicht, wodurch der benötigte Bauraum und die entsprechenden Kosten reduziert werden. Darüber hinaus liegen auch geringe Drehzahlen bei den Wellen, den Schaltelementen und den Planetenradsätzen vor. Furthermore, there are low torques in the switching elements and in the planetary gear sets of the multi-speed transmission, whereby the wear is reduced in an advantageous manner. In addition, a correspondingly small dimensioning is made possible by the low torques, whereby the required space and the corresponding costs are reduced. In addition, there are also low speeds at the shafts, the switching elements and the planetary gear sets.
Außerdem ist das erfindungsgemäße Getriebe derart konzipiert, dass der Bauraumbedarf axial betrachtet gering ist, wodurch eine Hybridisierung des Getriebes als Front-Quer-System ermöglicht wird. In addition, the transmission according to the invention is designed such that the space requirement is considered axially low, whereby a hybridization of the transmission is made possible as a front-transverse system.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. In diesen stellen dar: The invention will be explained in more detail below by way of example with reference to the attached figures. These are:
In
Die Planetenradsätze P1, P2 sind bei dem in
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Planetenradsätze axial betrachtet in der Reihenfolge P1, P2 angeordnet. In the embodiment shown, the planetary gear sets are arranged axially in the order P1, P2.
Wie aus
Mit diesen Schaltelementen ist ein selektives Schalten von vorzugsweise sechs Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang realisierbar. With these switching elements a selective switching of preferably six forward gears and one reverse gear can be realized.
Erfindungsgemäß ist bei dem Mehrstufengetriebe gemäß
Ferner ist der Steg des ersten Planetenradsatzes P1 über eine zweite Kupplung K2 mit einem ersten Stirnrad ST1 der ersten Stirnradstufe S1 verbunden, deren zweites Stirnrad ST2 mit der Abtriebswelle
Des Weiteren ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass eine dritte Kupplung K3 vorgesehen ist, durch deren Schließen der erste Planetenradsatz P1 verblockbar ist, wobei die dritte Kupplung K3 als Kupplung ausgeführt ist, welche das Sonnenrad mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes P1 lösbar verbindet. Furthermore, it is provided according to the invention that a third clutch K3 is provided by the closing of which the first planetary gear P1 is splittable, wherein the third clutch K3 is designed as a coupling which connects the sun gear with the ring gear of the first planetary gear set P1 releasably.
Bei dem in
Im Rahmen einer nicht dargestellten Weiterbildung der Erfindung ist dem Getriebe gemäß
Die erste und dritte Kupplung K1, K3 können axial betrachtet nebeneinander angeordnet sein und einen gemeinsamen Außenlamellenträger aufweisen. Ferner können die erste und zweite Bremse B1, B2 des Getriebes axial betrachtet nebeneinander angeordnet sein, wie anhand
Das in
Das Ausführungsbeispiel nach
In
Die Werte für die Standgetriebeübersetzungen der als Minus-Planetenradsätze ausgeführten Planetenradsätze P1, P2 sind bei dem gezeigten Beispiel jeweils –2,770 und –3,700, wobei die Übersetzungen der ersten und zweiten Stirnradstufe S1, S2 jeweils 1,385 und 1,000 betragen. Aus
Der erste Vorwärts-Gang ergibt sich durch Schließen der ersten Bremse B1 und der zweiten Kupplung K2, der zweite Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse B2 und der zweiten Kupplung K2, der dritte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten und der zweiten Kupplung K1, K2, der vierte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten und dritten Kupplung K2, K3, der fünfte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten und der dritten Kupplung K1, K3 und der sechste Vorwärts-Gang ergibt sich durch Schließen der zweiten Bremse B2 und der dritten Kupplung K3, wobei sich der Rückwärtsgang durch Schließen der ersten Bremse B1 und der ersten Kupplung K1 ergibt. The first forward speed is obtained by closing the first brake B1 and the second clutch K2, the second forward speed by closing the second brake B2 and the second clutch K2, the third forward speed by closing the first and the second clutch K1 , K2, the fourth forward speed by closing the second and third clutches K2, K3, the fifth forward speed by closing the first and third clutches K1, K3, and the sixth forward speed are obtained by closing the second brakes B2 and the third clutch K3, wherein the reverse gear by closing the first brake B1 and the first clutch K1 results.
Dadurch, dass im ersten Vorwärtsgang und im ersten Rückwärtsgang die erste Bremse B1 geschlossen ist, kann dieses Schaltelement als Anfahrelement eingesetzt werden. Bei dem Schaltschema gemäß
Für den Fall, dass gemäß dem Ausführungsbeispiel nach
Analog dazu wird für den Fall, dass gemäß dem Ausführungsbeispiel nach
Gemäß der Erfindung ergeben sich auch bei gleichem Getriebeschema je nach Schaltlogik unterschiedliche Gangsprünge, so dass eine anwendungs- bzw. fahrzeugspezifische Variation ermöglicht wird. According to the invention, even with the same transmission scheme depending on the switching logic different gear jumps, so that an application or vehicle-specific variation is possible.
Prinzipiell kann auf jeder Welle des erfindungsgemäßen Getriebes eine elektrische Maschine oder eine weitere Antriebsquelle angeordnet werden. Für den Fall einer Hybridisierung des Getriebes wird im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, zumindest eine elektrische Maschine direkt mit der Antriebswelle
Ferner kann zwischen dem Verbrennungsmotor und der elektrischen Maschine eine zusätzliche Kupplung angeordnet sein, wodurch bei geöffneter zusätzlicher Kupplung und somit bei abgekoppeltem Verbrennungsmotor sämtliche Gänge des Getriebes rein elektrisch gefahren werden können. Further, an additional clutch can be arranged between the internal combustion engine and the electric machine, whereby all gears of the transmission can be driven purely electrically with open additional clutch and thus decoupled internal combustion engine.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die elektrische Maschine achsparallel zur Antriebswelle
Erfindungsgemäß ist es möglich, an jeder geeigneten Stelle des Mehrstufengetriebes zusätzliche Freiläufe vorzusehen, beispielsweise zwischen einer Welle und dem Gehäuse oder um zwei Wellen gegebenenfalls zu verbinden. According to the invention, it is possible to provide additional freewheels at any suitable location of the multi-speed transmission, for example between a shaft and the housing or, if necessary, to connect two shafts.
Auf der Antriebsseite oder auf der Abtriebsseite können erfindungsgemäß ein Achsdifferential und/oder ein Verteilerdifferential angeordnet werden. On the drive side or on the output side, an axle differential and / or a distributor differential can be arranged according to the invention.
Im Rahmen vorteilhafter Weiterbildungen kann die Antriebswelle
Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe ermöglicht außerdem die Anordnung eines Torsionsschwingungsdämpfers zwischen Antriebsmotor und Getriebe. The multistage transmission according to the invention also allows the arrangement of a torsional vibration damper between the drive motor and transmission.
Im Rahmen einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann auf jeder Welle, bevorzugt auf der Antriebswelle
Die eingesetzten Reibschaltelemente können als lastschaltbare Kupplungen oder Bremsen ausgebildet sein. Insbesondere können kraftschlüssige Kupplungen oder Bremsen, wie z.B. Lamellenkupplungen, Bandbremsen und/oder Konuskupplungen, verwendet werden. Ferner können die eingesetzten Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sein. The friction shift elements used can be designed as power shift clutches or brakes. In particular, non-positive clutches or brakes, such as e.g. Multi-plate clutches, band brakes and / or cone clutches are used. Furthermore, the switching elements used can be designed as a form-locking switching elements.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Antriebswelle drive shaft
- 22
- Abtriebswelle output shaft
- B1B1
- erste Bremse first brake
- B2B2
- zweite Bremse second brake
- GG
- Gehäuse casing
- K1K1
- erste Kupplung first clutch
- K2K2
- zweite Kupplung second clutch
- K3K3
- dritte Kupplung third clutch
- K4K4
- vierte Kupplung fourth clutch
- K5K5
- fünfte Kupplung fifth clutch
- P1P1
- erster Planetenradsatz first planetary gear set
- P2P2
- zweiter Planetenradsatz second planetary gear set
- S1S1
- erste Stirnradstufe first spur gear
- S2S2
- zweite Stirnradstufe second spur gear
- ST1ST1
- erstes Stirnrad der ersten Stirnradstufe S1 first spur gear of the first spur gear S1
- ST2ST2
- zweites Stirnrad der ersten Stirnradstufe S1 second spur gear of the first spur gear S1
- ST3ST3
- erstes Stirnrad der zweiten Stirnradstufe S2 first spur gear of the second spur gear S2
- ST4ST4
- zweites Stirnrad der zweiten Stirnradstufe S2 second spur gear of the second spur gear S2
- ii
- Übersetzung translation
- φφ
- Stufensprung increment
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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