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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere ein Automatgetriebe für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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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.
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Automatisch schaltbare Fahrzeuggetriebe in Planetenbauweise im Allgemeinen sind im Stand der Technik bereits vielfach beschrieben und unterliegen einer permanenten Weiterentwicklung und Verbesserung. So sollen diese Getriebe einen geringen Bauaufwand, insbesondere eine geringe Anzahl an Schaltelementen erfordern und bei sequentieller Schaltweise Doppelschaltungen, d.h. ein Zu- bzw. Abschalten von zwei Schaltelementen vermeiden, so dass bei Schaltungen in definierten Ganggruppen jeweils nur ein Schaltelement gewechselt wird.
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Aus der
DE 10 2008 000 428 A1 der Anmelderin ist ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise bekannt, welches einen Antrieb und einen Abtrieb aufweist, welche in einem Gehäuse angeordnet sind. Bei dem bekannten Getriebe sind zumindest vier Planetenradsätze, im Folgenden als erster, zweiter, dritter und vierter Planetenradsatz bezeichnet, mindestens acht drehbare Wellen – im Folgenden als Antriebswelle, Abtriebswelle, dritte, vierte, fünfte, sechste, siebte und achte Welle bezeichnet – sowie zumindest sechs Schaltelemente, umfassend Bremsen und Kupplungen, vorgesehen, deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb bewirkt, so dass vorzugsweise neun Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar sind.
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Hierbei bilden der erste und der zweite Planetenradsatz, die vorzugsweise als Minus-Planetenradsätze, also mit negativer Standgetriebe-Übersetzung, ausgebildet sind, einen schaltbaren Vorschaltradsatz, wobei der dritte und der vierte Planetenradsatz einen Hauptradsatz bilden.
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Nach dem Stand der Technik werden die Schaltelemente derartig ausgeführter Mehrstufengetriebe, die üblicherweise als Lamellenkupplungen oder -bremsen ausgeführt sind, hydraulisch betätigt, was in nachteiliger Weise zu hohen hydraulischen Verlusten führt. Um diese Betätigungsverluste zu umgehen, wäre der Einsatz von alternativ betätigbaren Schaltelementen, beispielsweise von elektro-mechanisch betätigbaren Schaltelementen besonders vorteilhaft.
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Zur Ermöglichung der Verwendung von bedarfsgerecht betätigbaren Schaltelementen müssen die Schaltelemente, insbesondere die Kupplungen von außen gut erreichbar sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehrstufengetriebe der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welches neun Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang mit ausreichender Übersetzung aufweist, bei dem der Bauaufwand, die Bauteilbelastung und die Baugröße optimiert werden und zudem der Wirkungsgrad hinsichtlich der Schlepp- und Verzahnungsverluste verbessert wird. Ferner sollen die Schaltelemente des Getriebes von außen gut erreichbar sein, wodurch der Einbau von bedarfsgerecht betätigbaren Schaltelementen erleichtert wird. Zudem soll sich das Getriebe sowohl für eine Standard- als auch für eine Front-Quer-Bauweise eignen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Demnach wird ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise vorgeschlagen, welches einen Antrieb und einen Abtrieb aufweist, welche in einem Gehäuse angeordnet sind. Des Weiteren sind zumindest vier Planetenradsätze, im Folgenden als erster, zweiter, dritter und vierter Planetenradsatz bezeichnet, acht drehbare Wellen – im Folgenden als Antriebswelle, Abtriebswelle, dritte, vierte, fünfte, sechste, siebte und achte Welle bezeichnet – sowie sechs vorzugsweise als Lamellenschaltelemente oder als formschlüssige Schaltelemente ausgeführte Schaltelemente, umfassend Bremsen und Kupplungen, vorgesehen, deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb bewirkt, so dass vorzugsweise mindestens neun Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar sind.
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Der erste Planetenradsatz des Getriebes ist vorzugsweise als Plus-Planetenradsatz ausgeführt, wobei der zweite, dritte und vierte Planetenradsatz des Getriebes vorzugsweise als Minus-Planetenradsätze ausgebildet sind.
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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 und es ergibt sich eine negative Standgetriebeübersetzung. 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.
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Gemäß der Erfindung ist das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mit der dritten Welle verbunden, welche über eine erste Kupplung mit der Antriebswelle lösbar verbindbar ist und über eine erste Bremse an das Gehäuse ankoppelbar ist, wobei die Antriebswelle über eine zweite Kupplung mit der mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes verbundenen vierten Welle lösbar verbindbar ist, welche über eine zweite Bremse an den Steg des ersten Planetenradsatzes ankoppelbar ist, welcher an das Gehäuse gekoppelt ist.
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Des Weiteren ist die Antriebswelle mit dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes verbunden, wobei die achte Welle mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes, dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes und dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes verbunden ist und die fünfte Welle mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes, dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes und dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes verbunden ist.
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Ferner ist die sechste Welle mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden und über eine vierte Kupplung, mit der Abtriebswelle des Getriebes lösbar verbindbar, welche über eine dritte Kupplung mit der mit dem Steg des vierten Planetenradsatzes verbundenen siebten Welle lösbar verbindbar ist.
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Dadurch, dass die erste und zweite Kupplung an der Antriebswelle des Getriebes und die dritte und vierte Kupplung an der Abtriebswelle angeordnet sind, die übrigen Schaltelemente als Bremsen ausgeführt sind, wird eine gute Erreichbarkeit im Wesentlichen sämtlicher Schaltelemente des Getriebes gewährleistet, wodurch die Schaltelemente als bedarfsgerecht betätigbare Schaltelemente ausgeführt werden können.
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Ferner ergeben sich insbesondere für Personenkraftwagen geeignete Übersetzungen sowie eine erhöhte Gesamtspreizung des Mehrstufengetriebes, wodurch eine Verbesserung des Fahrkomforts und eine signifikante Verbrauchsabsenkung bewirkt werden.
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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 im Rückwärtsgang betätigt wird.
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Des Weiteren ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe ein guter Wirkungsgrad in den Hauptfahrgängen aufgrund geringer Schlepp- und Verzahnungsverluste.
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In vorteilhafter Weise liegen geringe Drehmomente an den Schaltelementen und an den Planetenradsätzen des Mehrstufengetriebes vor, wodurch die Belastung bei dem Mehrstufengetriebe 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.
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Außerdem ist das erfindungsgemäße Getriebe derart konzipiert, dass eine Anpassbarkeit an unterschiedliche Triebstrangausgestaltungen sowohl in Kraftflussrichtung als auch in räumlicher Hinsicht ermöglicht wird.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. In diesen stellen dar:
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1: eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes; und
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2: ein beispielhaftes Schaltschema für ein Mehrstufengetriebe gemäß 1.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe mit einer Antriebswelle 1, einer Abtriebswelle 2 und vier Planetenradsätzen P1, P2, P3 und P4 dargestellt, welche in einem Gehäuse G angeordnet sind. Der erste Planetenradsatz P1 ist bei dem in 1 gezeigten Beispiel als Plus-Planetenradsatz ausgebildet, wobei der zweite, dritte und vierte Planetenradsatz, P2, P3, P4 als Minus-Planetenradsätze ausgebildet sind. Gemäß der Erfindung kann zumindest einer der Minus-Planetenradsätze P2, P3, P4 als Plus-Planetenradsatz ausgeführt sein, wenn gleichzeitig die Steg- und Hohlradanbindung getauscht und der Betrag der Standgetriebeübersetzung im Vergleich zu der Ausführung als Minus-Planetenradsatz um 1 erhöht wird.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Planetenradsätze P1, P2, P3, P4 axial betrachtet in der Reihenfolge erster Planetenradsatz P1, zweiter Planetenradsatz P2, dritter Planetenradsatz P3, vierter Planetenradsatz P4 angeordnet. Gemäß der Erfindung sind die axiale Reihenfolge der einzelnen Planetenradsätze und die Anordnung der Schaltelemente frei wählbar, solange es die Bindbarkeit der Elemente der Planetenradsätze zulässt.
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Wie aus 1 ersichtlich, sind sechs Schaltelemente, nämlich zwei Bremsen 03, 04 und vier Kupplungen 13, 14, 26, 27 vorgesehen. Die räumliche Anordnung der Schaltelemente kann beliebig sein und wird nur durch die Abmessungen und die äußere Formgebung begrenzt. Die Kupplungen und die Bremsen des Getriebes sind vorzugsweise als Reibschaltelemente bzw. Lamellenschaltelemente ausgeführt, können aber auch als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sein.
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Mit diesen Schaltelementen ist ein selektives Schalten von neun Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang realisierbar. Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe weist insgesamt acht drehbare Wellen auf, nämlich die Wellen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8, wobei die Antriebswelle die erste Welle 1 und die Abtriebswelle die zweite Welle 2 des Getriebes bilden.
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Erfindungsgemäß ist bei dem Mehrstufengetriebe gemäß 1 vorgesehen, dass das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes P1 mit der dritten Welle 3 verbunden ist, welche über eine erste Kupplung 13 mit der Antriebswelle 1 lösbar verbindbar ist und über eine erste Bremse 03 an das Gehäuse G ankoppelbar ist, wobei die Antriebswelle 1 über eine zweite Kupplung 14 mit der mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes P3 verbundenen vierten Welle 4 lösbar verbindbar ist, die über eine zweite Bremse 04 an den Steg des ersten Planetenradsatzes P1 ankoppelbar ist, welcher an das Gehäuse G gekoppelt ist (Welle 0).
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Bezugnehmend auf 1 ist die Antriebswelle 1 mit dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes P4 verbunden, wobei die achte Welle 8 mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes P1, dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes P3 verbunden ist; die fünfte Welle 5 ist mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes P2, dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes P3 und dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes P4 verbunden.
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Des weiteren ist die sechste Welle 6 des Getriebes mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden und über eine vierte Kupplung 26, mit der Abtriebswelle 2 des Getriebes lösbar verbindbar, welche über eine dritte Kupplung 27 mit der mit dem Steg des vierten Planetenradsatzes P4 verbundenen siebten Welle 7 lösbar verbindbar ist.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eignet sich insbesondere die zweite Bremse 04 für eine Ausführung als Klauenschaltelement, wodurch der Verbrauch signifikant verbessert wird.
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In 2 ist ein beispielhaftes Schaltschema eines Mehrstufengetriebes gemäß 1 dargestellt. Für jeden Gang werden drei Schaltelemente geschlossen. Dem Schaltschema können die jeweiligen Übersetzungen i der einzelnen Gangstufen und die daraus zu bestimmenden Gangsprünge bzw. Stufensprünge ϕ zum nächst höheren Gang beispielhaft entnommen werden, wobei der Wert 9,002 die Spreizung des Getriebes darstellt.
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Die Werte für die Standgetriebeübersetzungen des ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatzes P1, P2, P3, P4 sind bei dem gezeigten Beispiel jeweils 2,550, –3,425, –2,700 und –2,350. Aus 2 wird ersichtlich, dass bei sequentieller Schaltweise jeweils nur ein Schaltelement zugeschaltet und ein Schaltelement abgeschaltet werden muss, da zwei benachbarte Gangstufen zwei Schaltelemente gemeinsam benutzen. Ferner wird ersichtlich, dass eine große Spreizung bei kleinen Gangsprüngen erzielt wird.
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Der erste Vorwärts-Gang ergibt sich durch Schließen der zweiten Bremse 04 und der ersten und dritten Kupplung 13, 27, der zweite Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten und zweiten Bremse 03, 04 und der dritten Kupplung 27, der dritte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse 04 und der dritten und vierten Kupplung 27, 26, der vierte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten Bremse 03 und der dritten und vierten Kupplung 27, 26, der fünfte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten, dritten und vierten Kupplung 13, 27, 26, der bei dem gezeigten Beispiel als Direktgang ausgeführte sechste Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten, dritten und vierten Kupplung 14, 27, 26, der siebte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten, zweiten und dritten Kupplung 13, 14, 27, der achte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten, zweiten und vierten Kupplung 13, 14, 26 und der neunte Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen der ersten Bremse 03 und der zweiten und vierten Kupplung 14, 26, wobei sich der Rückwärtsgang durch Schließen der zweiten Bremse 04 und der ersten und vierten Kupplung 13, 26 ergibt.
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Zusätzlich zu den neun Vorwärtsgängen kann durch Schließen der ersten Bremse 03 und der zweiten und dritten Kupplung 14, 27 ein weiterer Gang Z1 realisiert werden, dessen Übersetzung zwischen den Übersetzungen des siebten und des achten Vorwärtsgangs liegt.
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Dadurch, dass im ersten Vorwärts-Gang und im Rückwärtsgang die zweite Bremse 04 und die erste Kupplung 13 geschlossen sind, können diese Schaltelemente als Anfahrelemente eingesetzt werden.
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Gemäß der Erfindung ergeben sich auch bei gleichem Getriebeschema je nach Schaltlogik unterschiedliche Gangsprünge, so dass eine anwendungs- bzw. fahrzeugspezifische Variation ermöglicht wird.
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Erfindungsgemäß ist es ferner optional möglich, an jeder geeigneten Stelle des Mehrstufengetriebes zusätzliche Freiläufe vorzusehen, beispielsweise zwischen einer Welle und dem Gehäuse oder um zwei Wellen gegebenenfalls zu verbinden.
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Auf der Antriebsseite oder auf der Abtriebsseite können ein Achsdifferential und/oder ein Verteilerdifferential angeordnet werden.
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Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Antriebswelle 1 durch ein Kupplungselement von einem Antriebs-Motor nach Bedarf getrennt werden, wobei als Kupplungselement ein hydrodynamischer Wandler, eine hydraulische Kupplung, eine trockene Anfahrkupplung, eine nasse Anfahrkupplung, eine Magnetpulverkupplung oder eine Fliehkraftkupplung einsetzbar sind. Es ist auch möglich, ein derartiges Anfahrelement in Kraftflussrichtung hinter dem Getriebe anzuordnen, wobei in diesem Fall die Antriebswelle 1 ständig mit der Kurbelwelle des Antriebs-Motors verbunden ist.
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Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe ermöglicht außerdem die Anordnung eines Torsionsschwingungsdämpfers zwischen Antriebsmotor und Getriebe.
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Im Rahmen einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann auf jeder Welle, bevorzugt auf der Antriebswelle 1 oder der Abtriebswelle 2, eine verschleißfreie Bremse, wie z.B. ein hydraulischer oder elektrischer Retarder oder dergleichen, angeordnet sein, was insbesondere für den Einsatz in Nutzkraftfahrzeugen von besonderer Bedeutung ist. Des Weiteren kann zum Antrieb von zusätzlichen Aggregaten auf jeder Welle, bevorzugt auf der Antriebswelle 1 oder der Abtriebswelle 2, ein Nebenabtrieb vorgesehen sein.
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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.
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Ein weiterer Vorteil des hier vorgestellten Mehrstufengetriebes besteht darin, dass auf jeder Welle als Generator und/oder als zusätzliche Antriebsmaschine eine elektrische Maschine anbringbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 0
- Welle
- 1
- erste Welle, Antriebswelle
- 2
- zweite Welle, Abtriebswelle
- 3
- dritte Welle
- 4
- vierte Welle
- 5
- fünfte Welle
- 6
- sechste Welle
- 7
- siebte Welle
- 8
- achte Welle
- 03
- erste Bremse
- 04
- zweite Bremse
- 13
- erste Kupplung
- 14
- zweite Kupplung
- 26
- vierte Kupplung
- 27
- dritte Kupplung
- G
- Gehäuse
- P1
- erster Planetenradsatz
- P2
- zweiter Planetenradsatz
- P3
- dritter Planetenradsatz
- P4
- vierter Planetenradsatz
- i
- Übersetzung
- ϕ
- Stufensprung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008000428 A1 [0004]
