-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere ein Automatgetriebe für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Wendegetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
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.
-
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.
-
Aus der
DE 2721719 A1 geht ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise mit sechs Vorwärts-Gängen und einem Rückwärts-Gang hervor, welches drei in einem Gehäuse angeordnete Minus-Planetenradsätze, im Folgenden als erster, zweiter, und dritter Planetenradsatz bezeichnet, sechs drehbare Wellen – im Folgenden als Antriebswelle, Abtriebswelle, dritte, vierte, fünfte und sechste Welle bezeichnet – sowie fünf Schaltelemente umfasst. Hierbei ist vorgesehen, dass das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mit der Antriebswelle verbunden ist, welche über eine erste Kupplung mit der mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes und dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes verbundenen sechsten Welle lösbar verbindbar ist und über eine zweite Kupplung mit der mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes und dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes verbundenen fünften Welle lösbar verbindbar ist, die über eine dritte Bremse an das Gehäuse ankoppelbar ist. Bei dem bekannten Getriebe ist zudem vorgesehen, dass der Steg des ersten Planetenradsatzes mit der vierten Welle verbunden ist, welche mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden und über eine zweite Bremse an das Gehäuse ankoppelbar ist und dass das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes mit der dritten Welle verbunden ist, welche über eine erste Bremse an das Gehäuse ankoppelbar ist, wobei die Abtriebswelle mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes verbunden ist. Die Bremsen und Kupplungen des Getriebes sind als reibschlüssige Schaltelemente, insbesondere als Lamellenschaltelemente, ausgeführt.
-
Da bei dem Getriebe gemäß
DE 2721719 A1 für jeden Gang zwei geschlossene Schaltelemente benötigt werden, sind bei jedem Gang drei reibschlüssige Schaltelemente offen, was in nachteiliger Weise in ungewollten, den Wirkungsgrad des Getriebes negativ beeinflussenden Schleppmomenten resultiert.
-
Ferner ist vorgesehen, dass die erste Kupplung für die ersten vier Vorwärts-Gänge geschlossen ist, wobei die dritte Bremse lediglich zur Realisierung des ersten Vorwärts-Gangs benötigt und in den Leistungsfluss geschaltet wird. Dies bedeutet, dass die erste Kupplung und die dritte Bremse, da sie für den ersten Vorwärts-Gang benötigt werden, derart ausgelegt sind, dass sie das gesamte Motormoment inklusive der maximalen Wandlung abstützen. Für die weiteren Gänge des Getriebes würde eine wesentlich geringere Auslegung der Schaltelemente ausreichen.
-
Durch die maximale Auslegung der ersten Kupplung und der dritten Bremse sind das Gangeinlegen in den ersten Vorwärts-Gang, die Schub- und Zugrückschaltung vom zweiten in den ersten Vorwärts-Gang und die Schub- und Zugrückschaltung vom fünften in den vierten Vorwärts-Gang qualitativ negativ beeinflusst. Um die Schaltqualität bei diesen Schaltungen zu optimieren, wird nach dem Stand der Technik die Lamellenanzahl der ersten Kupplung und der dritten Bremse reduziert, was jedoch in nachteiliger Weise zu einer reduzierten Übertragungsfähigkeit dieser Schaltelemente im ersten Vorwärts-Gang resultiert.
-
Aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der
DE 10 2008 000 429 A1 und der
DE 10 2007 022 776 A1 der Anmelderin, sind Getriebe in Planetenbauweise bekannt, bei denen ein Teil der Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sind.
-
Durch die Ausgestaltung eines Teils der Schaltelemente eines Getriebes als formschlüssige Schaltelemente wird in vorteilhafter Weise die Verlustleistung aufgrund der Schleppmomente geöffneter Schaltelemente reduziert und die Übertragungsfähigkeit bezogen auf die Schaltelemente erhöht, wobei die mechanische Gesamtspreizung bestehen bleibt.
-
Die mechanische Gesamtspreizung eines Getriebes ist eine zentrale Stellgröße, um den vorgeschalteten Verbrennungsmotor im optimalen Betriebspunkt zu betreiben, wodurch der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden kann. Ferner kann die mechanische Gesamtspreizung eines Getriebes ein wichtiger Parameter sein, um vorgegebene Fahrleistungen in Sonderanwendungen erreichen zu können.
-
Aus dem Stand der Technik bekannte lastschaltbar ausgeführte Erweiterungen von bestehenden Getrieben resultieren in einer geringen Erhöhung der Gesamtspreizung und sind in nachteiliger Weise teuer und komplex.
-
Ferner ist aus dem Stand der Technik bekannt, Automatgetriebe mit zusätzlichen, automatisch schaltbaren Verteilergetrieben zur Darstellung einer Gruppenschaltung zu kombinieren, die in die Fahrstrategie integriert sind, wodurch die mechanische Gesamtspreizung erhöht wird.
-
Diese Ausgestaltung weist jedoch den Nachteil auf, dass zur Darstellung einer Gruppenschaltung ein zweistufiges Verteilergetriebe erforderlich ist, was in hohen Herstellungs- und Montagekosten sowie in einem hohen Bauraumbedarf resultiert. In der Regel ist das Verteilergetriebe als Getriebe in Vorgelegebauweise ausgeführt. Zudem müssen die Verteilergetriebe hinsichtlich der erzielbaren Übersetzung, der Auslegung der formschlüssigen Schaltelemente und der Synchronisierungsmaßnahmen an das vorgeschaltete Getriebe und den Verbrennungsmotor angepasst werden. Ferner sind die Gruppenschaltungen in nachteiliger Weise nicht lastschaltbar.
-
Bei Sonderanwendungen im Off-Highway-Bereich, wie z. B. Bahn- oder Sonderfahrzeugen (Schienenfahrzeuge, Motorschiffen, Sonderfahrzeuge im hoch geländegängigen Bereich) werden teilweise Getriebe von Straßenfahrzeugen eingesetzt, um die Kosten zu minimieren. Insbesondere werden für Anwendungen im hohen Leistungsbereich bei Bahn- und Sonderfahrzeuganwendungen Busgetriebe eingesetzt. Da diese Getriebe speziell an die Busanforderungen angepasst sind, weisen sie meist nur einen Rückwärtsgang auf und haben für Sonderanwendungen eine zu geringe Spreizung. Für Bahnfahrzeuge und für einige Sonderanwendungen ist jedoch die gleiche Anzahl an Vorwärts- und Rückwärtsgängen erforderlich. In diesem Zusammenhang können Wendegetriebe eingesetzt werden.
-
Die
EP 0 965 773 A1 der Anmelderin beschreibt ein Wendegetriebe in Vorgelegebauweise. Derartige Wendegetriebe sind schwer, benötigen viel Bauraum und resultieren in hohen Herstellungs- und Montagekosten. Ein weiteres Wendegetriebe ist im Rahmen der
DE 10 2010 039 862 A1 der Anmelderin offenbart; das bekannte Wendegetriebe ist als eigene Baueinheit ausgebildet und wird in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb hinter einem Getriebe angeordnet.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem Getriebe gemäß der
DE 2721719 A1 ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise vorzuschlagen, in das auf einfache konstruktive Weise und bei geringen Bauraumanforderungen ein Wendegetriebe integriert ist. Das Mehrstufengetriebe soll zudem eine hohe mechanische Gesamtspreizung aufweisen.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 4 gelöst. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
-
Demnach wird ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise vorgeschlagen, umfassend ein Grundgetriebe und ein dem Grundgetriebe nachgeschaltetes Wendegetriebe, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, wobei das Grundgetriebe einen Antrieb und einen Abtrieb, drei Planetenradsätze, im Folgenden als erster, zweiter, und dritter Planetenradsatz bezeichnet, mindestens sechs drehbare Wellen – im Folgenden als Antriebswelle, Abtriebswelle, dritte, vierte, fünfte und sechste Welle bezeichnet – sowie mindestens fünf Schaltelemente umfasst, deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb bewirkt, wobei das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mit der Antriebswelle verbunden ist, welche über eine erste Kupplung mit der mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes und dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes verbundenen sechsten Welle lösbar verbindbar ist und über eine zweite Kupplung mit der mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes und dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes verbundenen fünften Welle lösbar verbindbar ist, die über eine dritte Bremse an das Gehäuse ankoppelbar ist.
-
Ferner ist der Steg des ersten Planetenradsatzes mit der vierten Welle verbunden, welche mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden und über eine zweite Bremse an das Gehäuse ankoppelbar ist, wobei das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes mit der dritten Welle verbunden ist, welche über eine erste Bremse an das Gehäuse ankoppelbar ist und wobei die Abtriebswelle mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes verbunden ist.
-
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung weist das Wendegetriebe einen einfachen Minus-Planetenradsatz auf, der im folgenden als vierter Planetenradsatz bezeichnet wird, dessen Sonnenrad mit der Abtriebswelle des Grundgetriebes verbunden ist, welche den Antrieb des Wendegetriebes bildet, dessen Steg über ein zweites vorzugsweise als formschlüssiges Schaltelement ausgeführtes Schaltelement an das Gehäuse des Grundgetriebes ankoppelbar ist und dessen Hohlrad mit der als Abtriebswelle des Mehrstufengetriebes dienenden Abtriebswelle des Wendegetriebes verbunden ist, welche über ein erstes vorzugsweise als formschlüssiges Schaltelement ausgeführtes Schaltelement mit der Abtriebswelle des Grundgetriebes lösbar verbindbar ist.
-
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.
-
Der vierte Planetenradsatz weist vorzugsweise eine Standgetriebeübersetzung auf, die den Wert –1,5 annimmt. Wenn das erste Schaltelement des Wendegetriebes geschlossen ist, ist der Antrieb des Wendegetriebes mit der Abtriebswelle des Mehrstufengetriebes direkt verbunden, so dass sich bei den im Grundgetriebe erzeugten Gängen eine Übersetzung von 1 ergibt. Wenn das zweite Schaltelement des Wendegetriebes geschlossen ist, d.h. bei festgehaltenem Steg, weist das mit der Abtriebswelle des Mehrstufengetriebes verbundene Hohlrad des Wendegetriebes eine zum Sonnenrad entgegengesetzte Drehrichtung auf und es ergibt sich eine Übersetzung von –1,5.
-
Demnach sind die sich bei geschlossenem zweiten Schaltelement des Wendegetriebes ergebenden Gänge nicht gleich übersetzt, wie die entsprechenden Gänge bei geschlossenem ersten Schaltelement, da die Übersetzung dieser Gänge im Grundgetriebe identisch ist. Vorzugsweise dienen die sich bei geschlossenem zweiten Schaltelement des Wendegetriebes ergebenden Gänge als Rückwärts-Gänge.
-
Da die sich auf diese Weise ergebenden Rückwärts-Gänge eine dem Betrag nach um den Faktor 1,5 höhere Übersetzung aufweisen, kann vorgesehen sein, dass die dem ersten Gang zugeordnete Übersetzung des Grundgetriebes nicht zur Realisierung eines Rückwärts-Gangs verwendet wird. Für den Fall, dass im Grundgetriebe sieben Gänge realisierbar sind, werden beispielsweise demnach sechs Rückwärts-Gänge realisiert, die den Grundgetriebeübersetzungen für die Gänge 2-7 entsprechen.
-
Es ist auch möglich, durch Schließen des zweiten Schaltelementes des Wendegetriebes und der ersten und dritten Bremse des Grundgetriebes einen Gang ohne Drehrichtungsumkehr zu erzeugen, der eine hohe Übersetzung aufweist und zur Realisierung eines Kriechgangs für eine beispielsweise geländegängige Sonderanwendung verwendet werden kann.
-
Im Rahmen einer zweiten Ausführungsform der Erfindung weist das Wendegetriebe einen doppelten Minus-Planetenradsatz auf, nämlich einen Minus-Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad und Stufenplaneten, die an einem gemeinsamen Steg gelagert sind, wobei das Sonnenrad mit dem ersten Planetenrad und das Hohlrad mit dem zweiten Planetenrad der Stufenplaneten kämmt.
-
Gemäß der Erfindung ist das Sonnenrad des doppelten Minus-Planetenradsatzes über ein erstes, vorzugsweise als formschlüssiges Schaltelement ausgeführtes Schaltelement mit der den Antrieb des Wendegetriebes bildenden Abtriebswelle des Grundgetriebes lösbar verbindbar, wobei die Abtriebswelle des Grundgetriebes über ein zweites vorzugsweise als formschlüssiges Schaltelement ausgeführtes Schaltelement mit der mit dem Hohlrad des doppelten Minus-Planetenradsatzes verbundenen und als Abtriebswelle des Mehrstufengetriebes dienenden Abtriebswelle des Wendegetriebes direkt lösbar verbindbar ist und wobei der Steg des doppelten Minus-Planetenradsatzes an das Gehäuse des Mehrstufengetriebes gekoppelt ist.
-
Durch Schließen des zweiten Schaltelementes des Wendegetriebes wird der Abtrieb des Grundgetriebes direkt mit der Abtriebswelle des Wendegetriebes verbunden, so dass sich bei den Vorwärts-Gängen eine Übersetzung von 1 ergibt. Durch Schließen des ersten Schaltelementes wird eine Drehrichtungsumkehr erzielt, wobei die Elemente des Wendegetriebes vorzugsweise derart aufeinander abgestimmt sind, dass sich zwischen dem mit dem Sonnenrad verbundenen Antrieb des Wendegetriebes und der mit der Hohlrad verbundenen Abtriebswelle des Wendegetriebes eine Übersetzung von –1 ergibt.
-
Durch diese Konzeption wird mit geringem konstruktiven Aufwand gewährleistet, dass die Vorwärts- und Rückwärtsgänge des Getriebes betragsmäßig gleiche Übersetzungen aufweisen, was insbesondere für Bahnanwendungen von besonderer Bedeutung ist.
-
Im Rahmen einer Variante der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die als Abtriebswelle des Mehrstufengetriebes dienende Abtriebswelle des Wendegetriebes mit dem Steg des Wendegetriebes verbunden ist und dass das Hohlrad an das Gehäuse gekoppelt ist, wobei analog zum vorangehenden Beispiel das Sonnenrad des doppelten Minus-Planetenradsatzes über ein erstes, vorzugsweise als formschlüssiges Schaltelement ausgeführtes Schaltelement mit der den Antrieb des Wendegetriebes bildenden Abtriebswelle des Grundgetriebes lösbar verbindbar ist und die Abtriebswelle des Grundgetriebes über ein zweites formschlüssiges Schaltelement mit der als Abtriebswelle des Mehrstufengetriebes dienenden Abtriebswelle des Wendegetriebes direkt lösbar verbindbar ist.
-
Durch diese Anbindungsänderung des Stegs und des Hohlrads des doppelten Minus-Planetenradsatzes des Wendegetriebes wird bei geschlossenem ersten Schaltelement ohne Drehrichtungsumkehr eine hohe Untersetzung mit der Umlaufübersetzung des doppelten Minus-Planetenradsatzes erzielt, was insbesondere zur Realisierung eines Kriechgangs für eine beispielsweise geländegängige Sonderanwendung von Bedeutung ist. Bei geschlossenem zweiten Schaltelement wird die Abtriebswelle des Grundgetriebes mit der als Abtriebswelle des Mehrstufengetriebes direkt verbunden, so dass sich ohne Drehrichtungsumkehr die Übersetzung 1 ergibt. Auf diese Weise dient das Wendegetriebe als Untersetzungsstufe.
-
Die Planetenradsätze des Grundgetriebes sind vorzugsweise als Minus-Planetenradsätze ausgebildet.
-
Durch die erfindungsgemäße Konzeption wird ausgehend vom Grundgetriebe die ein Mehrstufengetriebe zur Verfügung gestellt, welches mit geringem konstruktiven Aufwand eine Drehrichtungsumkehr der im Grundgetriebe erzeugten Gänge ermöglicht. In vorteilhafter Weise ist der erforderliche konstruktive Aufwand gering, da das bestehende Grundgetriebe um einen Planetenradsatz erweitert wird. Zudem wird ein geringer zusätzlicher Bauraum benötigt, da das Grundgetriebe lediglich um einen Planetenradsatz erweitert wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Grundgetriebe unverändert bleibt. Ferner kann durch die beschriebene Anbindungsänderung des doppelten Minus-Planetenradsatzes eine Untersetzungsstufe für Sonderanwendungen ohne hohen konstruktiven Aufwand realisiert werden.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. In diesen stellen dar:
-
1: eine schematische Ansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes, umfassend ein Wendegetriebe;
-
2: ein beispielhaftes Schaltschema für die Gänge des Mehrstufengetriebes gemäß 1;
-
3: eine schematische Ansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes, umfassend ein Wendegetriebe;
-
4: eine schematische Ansicht einer dritten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes, umfassend ein Wendegetriebe;
-
5: ein beispielhaftes Schaltschema für die Gänge des Mehrstufengetriebes gemäß 3; und
-
6: ein beispielhaftes Schaltschema für die Vorwärts-Gänge des Mehrstufengetriebes gemäß 4.
-
In 1 ist ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe, umfassend ein Grundgetriebe 8 und ein dem Grundgetriebe 8 nachgeschaltetes Wendegetriebe 9 dargestellt. Das Grundgetriebe 8 umfasst eine Antriebswelle 1, eine Abtriebswelle 2 und drei Planetenradsätze P1, P2 und P3, welche in einem Gehäuse G angeordnet sind. Die Planetenradsätze P1, P2, P3 sind bei dem gezeigten Beispiel als Minus-Planetenradsätze ausgebildet. Hierbei kann zumindest einer der Planetenradsätze P1, P2, P3 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.
-
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Planetenradsätze P1, P2, P3 axial betrachtet in der Reihenfolge erster Planetenradsatz P1, zweiter Planetenradsatz P2, dritter Planetenradsatz P3 angeordnet. Die axiale Reihenfolge der einzelnen Planetenradsätze und die Anordnung der Schaltelemente sind frei wählbar, solange es die Bindbarkeit der Elemente zulässt.
-
Wie aus 1 ersichtlich, weist das Grundgetriebe 8 fünf Schaltelemente auf, nämlich drei Bremsen D, E, F und zwei Kupplungen A, B auf. Die räumliche Anordnung der Schaltelemente kann beliebig sein und wird nur durch die Abmessungen und die äußere Formgebung begrenzt. Das Grundgetriebe 8 weist insgesamt sechs drehbare Wellen auf, nämlich die Wellen 1, 2, 3, 4, 5 und 6, wobei die Antriebswelle die erste Welle 1 und die Abtriebswelle die zweite Welle 2 des Grundgetriebes 8 bilden.
-
Bei dem Grundgetriebe 8 ist vorgesehen, dass das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes P1 mit der Antriebswelle 1 verbunden ist, die über eine erste Kupplung A mit der mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes P3 verbundenen sechsten Welle 6 lösbar verbindbar ist und über eine zweite Kupplung B mit der mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes P3 verbundenen fünften Welle 5 lösbar verbindbar ist, wobei die fünfte Welle 5 über eine dritte Bremse F an das Gehäuse G ankoppelbar ist.
-
Bezugnehmend auf 1 ist der Steg des ersten Planetenradsatzes P1 mit der vierten Welle 4 verbunden, welche mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden und über eine zweite Bremse E an das Gehäuse G ankoppelbar ist. Ferner ist das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes P1 mit der dritten Welle 3 verbunden, welche über eine erste Bremse D an das Gehäuse G ankoppelbar ist, wobei die Abtriebswelle 2 des Grundgetriebes 8 mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes P3 verbunden ist.
-
Bei dem gezeigten Beispiel sind die erste und zweite Kupplung A, B und die erste, zweite und dritte Bremse D, E, F als Lamellenschaltelemente ausgeführt. Alternativ ist es möglich, die erste Kupplung A und/oder die dritte Bremse F als formschlüssige Schaltelemente auszuführen, wodurch die Schleppmomente reduziert werden.
-
Erfindungsgemäß und bezugnehmend auf 1 weist das Wendegetriebe 9 einen einfachen Minus-Planetenradsatz auf, der im folgenden als vierter Planetenradsatz P4 bezeichnet wird, dessen Sonnenrad mit der Abtriebswelle 2 des Grundgetriebes 8, welche den Antrieb des Wendegetriebes 9 bildet, verbunden ist, dessen Steg über ein zweites formschlüssiges Schaltelement K2 an das Gehäuse G ankoppelbar ist und dessen Hohlrad mit der als Abtriebswelle des Mehrstufengetriebes dienenden Abtriebswelle 7 des Wendegetriebes 9 verbunden ist. Die Abtriebswelle 7 des Wendegetriebes 9 ist über ein erstes formschlüssiges Schaltelement K1 mit der Abtriebswelle 2 des Grundgetriebes 8 lösbar verbindbar.
-
Zur Ansteuerung der formschlüssigen Schaltelemente K1, K2 sind keine zusätzlichen Druckregler erforderlich, da zu diesem Zweck Magnetventile verwendet werden können.
-
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können das erste und das zweite Schaltelement K1, K2 über eine externe Ansteuerung angesteuert werden, beispielsweise pneumatisch. Dies resultiert in dem Vorteil, dass die hydraulische Steuerung des Grundgetriebes 8 nicht verändert wird.
-
Der vierte Planetenradsatz P4 weist eine Standgetriebeübersetzung auf, die den Wert –1,5 annimmt. Wenn das erste Schaltelement K1 des Minus-Planetenradsatzes P4 des Wendegetriebes 9 geschlossen ist, wird eine direkte Verbindung zwischen der Abtriebswelle 2 des Grundgetriebes 8 und der Abtriebswelle 7 des Mehrstufengetriebes ohne eine Drehrichtungsumkehr hergestellt, so dass sich bei den im Grundgetriebe erzeugten Gängen zwischen der Antriebswelle 1 und der Abtriebswelle 7 des Mehrstufengetriebes eine Übersetzung von 1 ergibt. Diese Gänge können als Vorwärts- oder Rückwärtsgänge verwendet werden.
-
Wenn das zweite Schaltelement K2 des Minus-Planetenradsatzes P4 des Wendegetriebes 9 geschlossen ist, weist das mit der Abtriebswelle 7 des Mehrstufengetriebes verbundene Hohlrad des Minus-Planetenradsatzes P4 des Wendegetriebes 9 eine zum Sonnenrad entgegengesetzte Drehrichtung auf und es ergibt sich für die im Grundgetriebe erzeugten Gänge zwischen der Antriebswelle 1 und der Abtriebswelle 7 des Mehrstufengetriebes eine Übersetzung von –1,5.
-
In 2 ist ein beispielhaftes Schaltschema für die Gänge eines Mehrstufengetriebes gemäß 1 dargestellt, wobei sieben Vorwärts-Gänge und sechs Rückwärts-Gänge realisierbar sind. Bei den Vorwärts-Gängen sind die Gangwechsel 2-3, 3-4, 4-5, 5-6, 6-7 sowie 7-6, 6-5, 5-4, 4-3, 3-2 lastschaltbar. Die mechanische Gesamtspreizung beträgt bei dem gezeigten Beispiel 10,33, wobei R1 die im Grundgetriebe 8 erzeugte Übersetzung des ersten Rückwärtsgangs bezeichnet. Aus 2 wird ersichtlich, dass eine hohe Untersetzung und eine hohe mechanische Gesamtspreizung erzielt werden; der erste Vorwärts-Gang wird durch Schließen des zweiten Schaltelementes K2 des Minus-Planetenradsatzes P4 des Wendegetriebes 9 und der ersten und dritten Bremse D, F des Grundgetriebes 8 erzeugt und wird vorzugsweise zur Realisierung eines Kriechgangs für Sonderanwendungen verwendet.
-
Der zweite Vorwärts-Gang ergibt sich durch Schließen der ersten Kupplung A und der dritten Bremse F bei geschlossenem ersten Schaltelement K1 des Minus-Planetenradsatzes P4 des Wendegetriebes 9, der dritte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten Kupplung A und der zweiten Bremse E bei geschlossenem ersten Schaltelement K1 des Minus-Planetenradsatzes P4 des Wendegetriebes 9, der vierte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten Kupplung A und der ersten Bremse D bei geschlossenem ersten Schaltelement K1 des Minus-Planetenradsatzes P4 des Wendegetriebes 9, der bei dem gezeigten Beispiel als Direktgang ausgelegte fünfte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten und zweiten Kupplung A, B bei geschlossenem ersten Schaltelement K1 des Minus-Planetenradsatzes P4 des Wendegetriebes 9, der sechste Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Kupplung B und der ersten Bremse D bei geschlossenem ersten Schaltelement K1 des Minus-Planetenradsatzes P4 des Wendegetriebes 9 und der siebte Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen der zweiten Kupplung B und der zweiten Bremse E bei geschlossenem ersten Schaltelement K1 des Minus-Planetenradsatzes P4 des Wendegetriebes 9.
-
Wie aus 2 ersichtlich, ergibt sich der erste Rückwärts-Gang durch Schließen der ersten Kupplung A und der dritten Bremse F bei geschlossenem zweiten Schaltelement K2 des Minus-Planetenradsatzes P4 des Wendegetriebes 9, der zweite Rückwärts-Gang durch Schließen der ersten Kupplung A und der zweiten Bremse E bei geschlossenem zweiten Schaltelement K2 des Minus-Planetenradsatzes P4 des Wendegetriebes 9, der dritte Rückwärts-Gang durch Schließen der ersten Kupplung A und der ersten Bremse D bei geschlossenem zweiten Schaltelement K2 des Minus-Planetenradsatzes P4 des Wendegetriebes 9, der vierte Rückwärts-Gang durch Schließen der ersten und zweiten Kupplung A, B bei geschlossenem zweiten Schaltelement K2 des Minus-Planetenradsatzes P4 des Wendegetriebes 9, der fünfte Rückwärts-Gang durch Schließen der zweiten Kupplung B und der ersten Bremse D bei geschlossenem zweiten Schaltelement K2 des Minus-Planetenradsatzes P4 des Wendegetriebes 9 und der sechste Rückwärts-Gang ergibt sich durch Schließen der zweiten Kupplung B und der zweiten Bremse E bei geschlossenem zweiten Schaltelement K2 des Minus-Planetenradsatzes P4 des Wendegetriebes 9.
-
Die Rückwärts-Gänge 1-6 entsprechen den Grundgetriebeübersetzungen für die Vorwärts-Gänge 2-7.
-
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die Gegenstand der 3 ist, wird vorgeschlagen, als Wendegetriebe einen doppelten Minus-Planetenradsatz P4' zu verwenden, nämlich einen Minus-Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad und Stufenplaneten, die an einem gemeinsamen Steg gelagert sind, wobei das Sonnenrad mit dem ersten Planetenrad und das Hohlrad mit dem zweiten Planetenrad der Stufenplaneten kämmt.
-
Gemäß der Erfindung und bezugnehmend auf 3 ist das Sonnenrad des doppelten Minus-Planetenradsatzes P4' über ein erstes formschlüssiges Schaltelement SE1 mit der den Antrieb des Wendegetriebes 9 bildenden Abtriebswelle 2 des Grundgetriebes 8 lösbar verbindbar. Ferner ist die Abtriebswelle 2 des Grundgetriebes 8 über ein zweites formschlüssiges Schaltelement SE2 mit der mit dem Hohlrad des doppelten Minus-Planetenradsatzes P4' verbundenen und als Abtriebswelle des Mehrstufengetriebes dienenden Abtriebswelle 7 des Wendegetriebes 9 direkt lösbar verbindbar; der Steg des doppelten Minus-Planetenradsatzes P4' ist an das Gehäuse G des Mehrstufengetriebes gekoppelt.
-
Durch Schließen des zweiten Schaltelementes SE2 des doppelten Minus-Planetenradsatzes P4' des Wendegetriebes 9 wird die Abtriebswelle 2 des Grundgetriebes 8 direkt mit der Abtriebswelle 7 des Wendegetriebes 9 verbunden, wodurch sich bei den Vorwärts-Gängen eine Übersetzung von 1 ergibt. Dahingegen wird durch Schließen des ersten Schaltelementes SE1 eine Drehrichtungsumkehr erzielt, wobei die Elemente des doppelten Minus-Planetenradsatzes P4' des Wendegetriebes 9 derart aufeinander abgestimmt sind, dass sich zwischen dem mit dem Sonnenrad verbundenen Antrieb 2 des Wendegetriebes 9 und der mit der Hohlrad verbundenen Abtriebswelle 7 des Wendegetriebes 9 ebenfalls eine Übersetzung von –1 ergibt.
-
Zur Ansteuerung der formschlüssigen Schaltelemente SE1, SE2 sind keine zusätzlichen Druckregler erforderlich, da zu diesem Zweck Magnetventile verwendet werden können.
-
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können das erste und das zweite Schaltelement SE1, SE2 über eine externe Ansteuerung angesteuert werden, beispielsweise pneumatisch. Dies resultiert in dem Vorteil, dass die hydraulische Steuerung des Grundgetriebes 8 nicht verändert wird.
-
Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung und bezugnehmend auf 4 wird vorgeschlagen, dass die als Abtriebswelle des Mehrstufengetriebes dienende Abtriebswelle 7 des Wendegetriebes 9 mit dem Steg des doppelten Minus-Planetenradsatzes P4' des Wendegetriebes 9 verbunden ist, wobei das Hohlrad des doppelten Minus-Planetenradsatzes P4' des Wendegetriebes 9 an das Gehäuse G gekoppelt ist. Analog zum Ausführungsbeispiel nach 3 ist das Sonnenrad des doppelten Minus-Planetenradsatzes P4' des Wendegetriebes 9 über ein erstes formschlüssiges Schaltelement SE1 mit der den Antrieb des Wendegetriebes 9 bildenden Abtriebswelle 2 des Grundgetriebes 8 lösbar verbindbar, wobei die Abtriebswelle 2 des Grundgetriebes 8 über ein zweites formschlüssiges Schaltelement SE2 mit der als Abtriebswelle des Mehrstufengetriebes dienenden Abtriebswelle 7 des Wendegetriebes 9 direkt lösbar verbindbar ist.
-
Durch die Vertauschung der Anbindungen des Stegs und des Hohlrads des doppelten Minus-Planetenradsatzes P4' des Wendegetriebes 9 im Vergleich zum Ausführungsbeispiel nach 3 wird bei geschlossenem ersten Schaltelement SE1 ohne eine Drehrichtungsumkehr eine hohe Untersetzung erzielt, was insbesondere zur Realisierung eines Kriechgangs für eine beispielsweise geländegängige Sonderanwendung von Bedeutung ist. Durch Schließen des zweiten Schaltelementes SE2 des doppelten Minus-Planetenradsatzes P4' wird die Abtriebswelle 2 des Grundgetriebes 8 direkt mit der Abtriebswelle 7 des Mehrstufengetriebes verbunden, wodurch sich bei den Vorwärts-Gängen bezogen auf die im Grundgetriebe erzeugten Gänge eine Übersetzung von 1 ergibt. Demnach dient das Wendegetriebe 9 durch die beschriebene Anbindungsänderung als Untersetzungsstufe.
-
Gegenstand der 5 ist ein beispielhaftes Schaltschema für ein Getriebe gemäß 3. Bei dem gezeigten Beispiel sind sechs Vorwärts-Gänge und sechs Rückwärts-Gänge realisierbar. Bei den Vorwärts-Gängen und bei den Rückwärts-Gängen sind sämtliche Gangwechsel bei sequentieller Schaltweise lastschaltbar. Die mechanische Gesamtspreizung beträgt bei dem gezeigten Beispiel 5,47.
-
Bei sämtlichen Vorwärts-Gängen ist das zweite Schaltelement SE2 des doppelten Minus-Planetenradsatzes P4' des Wendegetriebes 9 geschlossen. Der erste Vorwärts-Gang ergibt sich durch Schließen der ersten Kupplung A und der dritten Bremse F, der zweite Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten Kupplung A und der zweiten Bremse E, der dritte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten Kupplung A und der ersten Bremse D, der bei dem gezeigten Beispiel als Direktgang ausgelegte vierte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten und zweiten Kupplung A, B, der fünfte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Kupplung B und der ersten Bremse D und der sechste Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen der zweiten Kupplung B und der zweiten Bremse E.
-
Die Rückwärts-Gänge ergeben sich bei geschlossenem ersten Schaltelement SE1 des doppelten Minus-Planetenradsatzes P4' des Wendegetriebes 9, wobei die weiteren für die Rückwärts-Gänge benötigten Schaltelemente den für die entsprechenden Vorwärts-Gänge benötigten Schaltelementen entsprechen. Durch die erfindungsgemäße Konzeption wird, wie bereits erläutert, bei den Rückwärts-Gängen eine Drehrichtungsumkehr mit der Übersetzung –1 erzielt.
-
Gegenstand der 6 ist ein beispielhaftes Schaltschema für die Vorwärts-Gänge eines gemäß 4 ausgeführten Getriebes. Die Gesamtspreizung beträgt 10,94, wobei die Gangwechsel von Gang 2 bis 7 bei sequentieller Schaltweise lastschaltbar sind. Der Gangwechsel von Gang 1 nach 2 ist nur lastschaltbar, wenn SE2 ein lastschaltbares Schaltelement ist. Hierbei ergibt sich der erste Vorwärts-Gang durch Schließen des ersten Schaltelementes SE1 des doppelten Minus-Planetenradsatzes P4', der ersten Kupplung A und der dritten Bremse F und wird vorzugsweise zur Realisierung eines Kriechgangs für Sonderanwendungen verwendet. Durch Schließen des ersten Schaltelementes SE1 wird durch die erzielbare Umlaufübersetzung, die bei dem gezeigten Beispiel 2 beträgt, die Übersetzung des ersten im Grundgetriebe 8 erzeugten Gangs verdoppelt. Die Standgetriebeübersetzung des doppelten Planetenradsatzes P4' beträgt bei dem gezeigten Beispiel –1. Die im Grundgetriebe 8 erzeugten Gänge 1-6 entsprechen den Gängen 2-7, wie im Folgenden erläutert wird.
-
Der zweite Vorwärts-Gang ergibt sich durch Schließen der ersten Kupplung A und der dritten Bremse F bei geschlossenem zweiten Schaltelement SE2 des doppelten Minus-Planetenradsatzes P4', der dritte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten Kupplung A und der zweiten Bremse E bei geschlossenem zweiten Schaltelement SE2 des doppelten Minus-Planetenradsatzes P4', der vierte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten Kupplung A und der ersten Bremse D bei geschlossenem zweiten Schaltelement SE2 des doppelten Minus-Planetenradsatzes P4', der bei dem gezeigten Beispiel als Direktgang ausgelegte fünfte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten und zweiten Kupplung A, B bei geschlossenem zweiten Schaltelement SE2 des doppelten Minus-Planetenradsatzes P4', der sechste Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Kupplung B und der ersten Bremse D bei geschlossenem zweiten Schaltelement SE2 des doppelten Minus-Planetenradsatzes P4' und der siebte Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen der zweiten Kupplung B und der zweiten Bremse E bei geschlossenem zweiten Schaltelement SE2 des doppelten Minus-Planetenradsatzes P4'.
-
Als Rückwärtsgang dient der zumindest eine im Grundgetriebe 8 erzeugbare Rückwärtsgang, wobei das zweite Schaltelement SE2 des doppelten Minus-Planetenradsatzes P4' geschlossen wird.
-
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.
-
Auf der Antriebsseite oder auf der Abtriebsseite können ein Achsdifferential und/oder ein Verteilerdifferential angeordnet werden.
-
Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe ermöglicht außerdem die Anordnung eines Torsionsschwingungsdämpfers zwischen Antriebsmotor und Getriebe.
-
Im Rahmen einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann auf jeder Welle, bevorzugt auf der Antriebswelle 1 oder der Abtriebswelle 7, 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 7, ein Nebenabtrieb vorgesehen sein.
-
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.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- erste Welle, Antriebswelle
- 2
- zweite Welle, Abtriebswelle des Grundgetriebes 8
- 3
- dritte Welle
- 4
- vierte Welle
- 5
- fünfte Welle
- 6
- sechste Welle
- 7
- Abtriebswelle des Wendegetriebes 9
- 8
- Grundgetriebe
- 9
- Wendegetriebe
- A
- erste Kupplung
- B
- zweite Kupplung
- D
- erste Bremse
- E
- zweite Bremse
- F
- dritte Bremse
- K1
- erstes Schaltelement des als einfacher Minus-Planetenradsatz ausgeführten Wendegetriebes 9
- K2
- zweites Schaltelement des als einfacher Minus-Planetenradsatz ausgeführten Wendegetriebes 9
- SE1
- erstes Schaltelement des als doppelter Minus-Planetenradsatz ausgeführten Wendegetriebes 9
- SE2
- zweites Schaltelement des als doppelter Minus-Planetenradsatz ausgeführten Wendegetriebes 9
- G
- Gehäuse
- P1
- erster Planetenradsatz
- P2
- zweiter Planetenradsatz
- P3
- dritter Planetenradsatz
- P4
- als einfacher Minus-Planetenradsatz ausgeführter vierter Planetenradsatz
- P4'
- als doppelter Minus-Planetenradsatz ausgeführter vierter Planetenradsatz
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 2721719 A1 [0004, 0005, 0016]
- DE 102008000429 A1 [0008]
- DE 102007022776 A1 [0008]
- EP 0965773 A1 [0015]
- DE 102010039862 A1 [0015]
