DE102013202886A1

DE102013202886A1 - Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise

Info

Publication number: DE102013202886A1
Application number: DE102013202886.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Beck; Christian SIBLA; Wolfgang Rieger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2014-08-28
Also published as: US9638287B2; WO2014127945A1; EP2959186A1; CN105074274A; US20160003329A1; CN105074274B

Abstract

Es wird ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise für ein Fahrzeug mit einem Gehäuse (11) vorgeschlagen, wobei eine erste Welle (1) als Antrieb (An) und eine dazu achsparallel angeordnete zweite Welle (2) als Abtrieb (Ab) vorgesehen sind, wobei drei Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3) und weitere Wellen (3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) sowie sechs Schaltelemente (K1, K2, K3, K4, B1, B2) vorgesehen sind, durch deren Betätigung mehrere Gangstufen realisierbar sind, wobei Maschinenelemente (ST1, ST2) zur Drehmomentübertragung zwischen Antrieb (An) und Abtrieb (Ab) vorgesehen sind, wobei die erste Welle (1) als Antrieb mit dem Sonnenrad (SR1) des ersten Planetenradsatzes (RS1), mit dem Sonnenrad (SR3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) und mit dem Planetenradträger (PT2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) verbindbar oder verbunden ist, und dass die zweite Welle (2) als Abtrieb (Ab) mit dem ersten Maschinenelement (ST1) und mit dem zweiten Maschinenelement (ST2) verbindbar oder verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise für ein Fahrzeug gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2007 014 150 A1 ist ein lastschaltbares Mehrstufengetriebe bekannt. Bei dem Mehrstufengetriebe ist die Antriebswelle über einen Drehschwingungsdämpfer fest mit einer ersten Welle eines ersten Wellenstranges verbunden. Ein parallel dazu angeordneter zweiter Wellenstrang beinhaltet unter anderen die als Welle zwei bezeichnete Abtriebswelle. Die beiden Wellenstränge sind über drei Stirnradstufen miteinander verbunden. Auf dem ersten Wellenstrang befindet sich eine erste dreiwellige Planetenradstufe. Auf dem zweiten Wellenstrang befinden sich eine zweite Planetenradstufe und eine dritte Planetenradstufe. Das Mehrstufengetriebe umfasst somit zehn Wellen, die über drei Stirnradstufen und drei Planetenradstufe miteinander in Verbindung stehen. Zum Schalten der acht Vorwärtsgänge und des einen Rückwärtsganges sind fünf Schaltelemente notwendig. Die vorgesehenen Schaltelemente werden hydraulisch betätigt.
Um hydraulische Verluste zu reduzieren, sind die Schaltelemente von außen gut zugänglich anzuordnen. Jedoch steht bei einem Front-Quereinbau des Getriebes in einem Fahrzeug nur ein eingeschränkter axialer Bauraum zur Verfügung.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Mehrstufengetriebe mit möglichst hoher Gangstufenanzahl und guter Erreichbarkeit der Schaltelemente bei gleichzeitig gutem Verzahnungswirkungsgrad sowie möglichst geringem axialem Bauraumbedarf zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wobei sich vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.
Demnach wird ein lastschaltbares Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise bzw. ein mehrgängiges Planetengetriebe für ein Fahrzeug mit einem Gehäuse vorgeschlagen, wobei der Antrieb bzw. die Antriebswelle und der Abtrieb bzw. die Abtriebswelle achsparallel zueinander für einen bevorzugten Front-Quereinbau angeordnet sind. Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe umfasst nur neun Wellen, drei Planetenradsätze und nur sechs Schaltelemente, um mindestens neun Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang realisieren zu können. Ferner sind zum Koppeln von Antrieb und Abtrieb vorzugsweise nur zwei Maschinenelemente vorgesehen.
Dadurch, dass die erste Welle als Antrieb mit den Sonnenräder des ersten und des dritten Planetenradsatzes und mit dem Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes jeweils lösbar verbunden bzw. verbindbar oder verbunden ist und dass die zweite Welle als Abtrieb mit dem ersten Maschinenelement und mit dem zweiten Maschinenelement verbunden oder lösbar verbunden bzw. verbindbar ist, ergibt sich ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe, welches eine Wirkungsgrad verbessernde und damit bedarfsgerechte Betätigung der Schaltelemente ermöglicht, wobei die vorteilhaft geringe Anzahl von Getriebeelementen des Mehrstufengetriebes zur Front-Querbauweise derart miteinander verschachtelt sind, dass eine besonders axialen Bauraum sparende Anordnung ermöglicht wird. Neben dem verbesserten Wirkungsgrad ergeben sich auch geringe Bauteilbelastungen und ein geringer Bauaufwand.
Die gute Zugänglichkeit der Schaltelemente kann unter anderem einerseits durch die Verwendung von Bremsen als Schaltelemente und andererseits auch durch den Einsatz von Kupplungen als Schaltelemente realisiert werden, die bevorzugt an außenliegenden Wellen vorzugsweise am Antrieb und am Abtrieb bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe positioniert werden. Aufgrund des geringen Bauaufwandes ergeben sich in vorteilhafter Weise niedrige Herstellungskosten und ein geringes Gewicht des erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes.
Im Rahmen einer möglichen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass als Maschinenelement zum Koppeln bzw. zur Drehmomentübertragung zwischen Antrieb und Abtrieb zumindest eine Stirnradstufe oder dergleichen eingesetzt wird, die die notwendige Übersetzung zum Abtriebsdifferenzial realisiert. Vorzugsweise werden nur zwei Maschinenelemente bzw. Stirnradstufen vorgesehen. Es können jedoch auch andere Maschinenelemente zur Kraftübertragung, wie zum Beispiel Ketten, Riemen oder der gleichen verwendet werden.
Die Planetenradsätze sind in axialer Richtung betrachtet in der Reihenfolge erster Planetenradsatz, zweiter Planetenradsatz und dritter Planetenradsatz angeordnet, wobei vorzugsweise drei Minus-Planetenradsätze vorgesehen sind. Es ist jedoch möglich an Stellen, wo es die Bindbarkeit zulässt, einzelne oder mehrere der Minus-Planetenradsätze in Plus-Planetenradsätze umzuwandeln, wenn gleichzeitig die Steg- bzw. Planetenradträger- und die Hohlradanbindung getauscht und der Betrag der Standardübersetzung um den Wert 1 erhöht wird. Ein Minus-Planetenradsatz weist bekanntlich an dem Planetenradträger verdrehbar gelagerte Planetenräder auf, die mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad dieses Planetenradsatzes kämmen, so dass sich das Hohlrad bei festgehaltenem Planetenradträger und drehendem Sonnenrad in zur Sonnenraddrehrichtung entgegengesetzter Richtung dreht. Ein Plus-Planetenradsatz weist bekanntlich an seinem Planetenradträger verdrehbar gelagerte und miteinander in Zahneingriff stehende innere und äußere Planetenräder auf, wobei das Sonnenrad dieses Planetenradsatzes mit den inneren Planetenrädern und das Hohlrad dieses Planetenradsatzes mit den äußeren Planetenrädern kämmen, so dass sich das Hohlrad bei festgehaltenem Planetenradträger und drehendem Sonnenrad in zur Sonnenraddrehrichtung gleicher Richtung dreht.
Im Rahmen einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass mehrere der Planetenradsätze radial übereinander angeordnet sind. Zur Koppelung der verschachtelten Planetenradsätze können beispielsweise das Hohlrad des inneren Planetenradsatzes und das Sonnenrad des äußeren Planetenradsatzes als ein Bauteil ausgeführt sein. Dazu kann beispielsweise das Hohlrad des inneren Planetenradsatzes eine Innenverzahnung und eine Außenverzahnung aufweisen, wobei jedoch auch andere Ausführungen denkbar sind. Unabhängig von der Koppelungsart sind die miteinander verschachtelten Planetenradsätze im Wesentlichen in einer axialen Ebene angeordnet, so dass in vorteilhafter Weise axialer Bauraum eingespart wird.
Als Anfahrelement können bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe ein hydrodynamischer Drehmomentwandler oder eine hydrodynamische Kupplung eingesetzt werden. Es ist auch denkbar, dass eine zusätzliche Anfahrkupplung oder auch eine integrierte Anfahrkupplung oder Anfahrbremse verwendet werden. Ferner ist möglich, dass an zumindest einer der Wellen eine elektrische Maschine oder eine sonstige Kraft-/Leistungsquelle angeordnet wird. Darüber hinaus kann an zumindest einer der Wellen ein Freilauf zum Gehäuse oder zu einer anderen Welle angeordnet werden.
Vorzugsweise können bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe neun Vorwärtsgänge und zumindest ein Rückwärtsgang über die vorgesehenen Schaltelemente geschaltet werden. Jedoch ist es denkbar, dass beispielsweise für den vierten Vorwärtsgang weitere Schaltkombinationen durch das Kombinieren anderer Schaltelemente ermöglicht werden.
Unter dem Begriff Schaltelement ist eine schaltbare Verbindung zwischen zwei Elementen des Getriebes zu verstehen, wobei das zwischen diesen beiden Elementen zu übertragene Drehmoment mittels Kraftschluss bzw. Reibschluss oder mittels Formschluss übertragen wird. Sind beide Elemente der schaltbaren Verbindung rotierbar ausgeführt, so wird das Schaltelement als Kupplung bezeichnet und wenn nur eines der beiden Elemente der schaltbaren Verbindung rotiert, wird das Schaltelement als Bremse bezeichnet. Darüber hinaus ist auch die geometrische Lage bzw. Reihenfolge der einzelnen Schaltelemente frei wählbar, so lange es die Bindbarkeit der Elemente zulässt. Auf diese Weise können einzelne Elemente beliebig in ihrer Lage verschoben werden. Außerdem können, insofern es die äußere Formgebung zulässt, mehrere Radsätze auch radial übereinander, also geschachtelt, angeordnet werden.
Ausführungsbeispiele eines kraftschlüssigen Schaltelements sind Lamellenkupplungen oder -bremsen, Bandbremsen, Konuskupplungen oder -bremsen, elektromagnetische Kupplungen, Magnetpulverkupplungen und elektro-rheologische Kupplung. Ausführungsbeispiele für ein formschlüssiges Schaltelement sind Klauenkupplungen oder -bremsen und Zahnkupplungen.
Als Schaltelemente können somit generell sowohl reib- als auch formschlüssige Schaltelemente eingesetzt werden. Vorzugsweise können aufgrund ihrer Charakteristik vor allem das als Kupplung ausgeführte zweite Schaltelement und das als Kupplung ausgeführte vierte Schaltelement als Klauenschaltelemente ausgeführt sein, wodurch deutliche Verbrauchsvorteile erreicht werden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnung weiter erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
1A ein Schaltschema für die Ausführungsvariante gemäß 1;
2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsvariante des Mehrstufengetriebes;
3 eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsvariante des Mehrstufengetriebes;
4 eine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsvariante des Mehrstufengetriebes;
5 eine schematische Ansicht einer fünften Ausführungsvariante des Mehrstufengetriebes;
6 eine schematische Ansicht einer sechsten Ausführungsvariante des Mehrstufengetriebes;
und
7 eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführung der vierten Ausführungsvariante des Mehrstufengetriebes.
In den 1 bis 7 ist jeweils eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes in Planetenbauweise, zum Beispiel als automatisches Getriebe bzw. Automatgetriebe, für ein Fahrzeug beispielhaft gezeigt.
Unabhängig von den jeweiligen Ausführungsvarianten umfasst das Mehrstufengetriebe ein lediglich schematisch angedeutetes Gehäuse 11 mit einer ersten Welle 1 als Antrieb An und einer dazu achsparallel angeordneten zweiten Welle 2 als Abtrieb Ab sowie weiteren sieben Wellen 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Ferner sind ein erster Planetenradsatz RS1, ein zweiter Planetenradsatz RS2 und ein dritter Planetenradsatz RS3 vorgesehen, wobei vorzugsweise der erste Planetenradsatz RS1, der zweite Planetenradsatz RS2 und der dritte Planetenradsatz RS3 jeweils als Minus-Planetenradsätze ausgeführt sind. Zum Schalten mehrerer Gangstufen sind ein als Kupplung ausgeführtes erstes Schaltelement K1, ein als Kupplung ausgeführtes zweites Schaltelement K2, ein als Kupplung ausgeführtes drittes Schaltelement K3, ein als Kupplung ausgeführtes viertes Schaltelement K4, ein als Bremse ausgeführtes fünftes Schaltelement B1 und einen als Bremse ausgeführtes sechstes Schaltelement B2 vorgesehen. Zum Koppeln bzw. zur Drehmomentübertragung zwischen Antrieb An und Abtrieb Ab sind vorzugsweise zwei beliebige Maschinenelemente vorgesehen, die bei den Ausführungsvarianten als erste Stirnradstufe ST1 und als zweite Stirnradstufe ST2 beispielhaft ausgeführt sind.
Bezogen auf die Ausführungsvariante gemäß 1 sind in den 2 bis 7 wirkungsgleiche Getriebevarianten dargestellt, wobei in 7 eine Variationsmöglichkeit der vierten Ausführungsvariante gemäß 4 dargestellt ist, bei der die den Stirnradstufen ST1 und ST2 zugeordneten Schaltelemente K3 und K4 von der Abtriebswelle bzw. Zwischenwelle auf die Hauptwelle bzw. Antriebswelle verlagert werden. Die verschiedenen Ausführungsvarianten gemäß 1 bis 7 unterscheiden sich funktional nicht von der Ausführungsvariante gemäß 1 hinsichtlich Wirkungsgrad, Stufung usw.
Bezüglich der Verbindungsmöglichkeiten zwischen den vorgesehenen Wellen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, den vorgesehenen drei Planetenradsätzen RS1, RS2, RS3, dem vorgesehenen Gehäuse 11 und den vorgesehenen Schaltelementen K1, K2, K3, K4, B1, B2 sowie den vorgesehenen Stirnradstufen ST1, ST2 ist unter dem Begriff – verbindbar – zu verstehen, dass die beschriebenen Elemente lösbar z.B. über ein Schaltelement verbunden sind, so dass die Verbindung bei aktiviertem Schaltelement geschlossen und bei nicht aktiviertem Schaltelement offen ist. Die lösbare Verbindung kann neben dem Schaltelement auch über zumindest ein weiteres Element, wie z.B. eine Welle oder dergleichen realisiert werden. Unter dem Begriff – verbunden – ist zu verstehen, dass die beschriebenen Elemente quasi fest also nicht lösbar miteinander verbunden sind. Es kann eine direkte oder indirekte Verbindung z.B. über weitere Elemente realisiert werden.
Erfindungsgemäß ist bei dem Mehrstufengetriebe vorgesehen, dass die erste Welle 1 als Antrieb mit dem Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes RS1, mit dem Sonnenrad SR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 und mit dem Planetenradträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 lösbar verbunden bzw. verbindbar oder verbunden ist. Die zweite Welle als Abtrieb Ab ist je nach Ausführungsvariante mit dem ersten Maschinenelement bzw. mit der ersten Stirnradstufe ST1 und mit dem zweiten Maschinenelement bzw. der zweiten Stirnradstufe ST2 verbunden oder lösbar verbunden bzw. verbindbar.
Unabhängig von den jeweiligen Ausführungsvarianten ist vorgesehen, dass die erste Welle 1 über das als Kupplung ausgeführte erste Schaltelement K1 und über die dritte Welle 3 mit dem Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbindbar ist, wobei das Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 über das als Bremse ausgeführte fünfte Schaltelement B1 mit dem Gehäuse 11 verbindbar ist.
Darüber hinaus ist bei sämtlichen Ausführungsvarianten vorgesehen, dass zwei der drei Planetenradsätze RS1, RS2, RS3 radial übereinander angeordnet sind und somit im Wesentlichen in einer gemeinsamen axialen Ebene liegen. Dazu ist der erste Planetenradsatz radial innen und der zweite Planetenradsatz RS2 radial außen angeordnet, wobei das Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 als Verbindungsglied zwischen den beiden Planetenradsätzen RS1 und RS2 dient.
Bei der ersten Ausführungsvariante gemäß 1 ist bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe vorgesehen, dass die erste Welle 1 über das als Kupplung ausgeführte zweite Schaltelement K2 und über die achte Welle 8 mit dem Sonnenrad SR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbindbar ist. Ferner ist die erste Welle 1 über das als Kupplung ausgeführte dritte Schaltelement K3 und über die siebente Welle 7 mit dem Planetenradträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbindbar. Darüber hinaus ist die zweite Welle 2 über das als Kupplung ausgeführte vierte Schaltelement K4 und über die neunte Welle 9 mit dem Losrad 13 der ersten Stirnradstufe ST1 verbindbar. Zudem ist die zweite Welle 2 mit dem Festrad 15 der zweiten Stirnradstufe ST2 verbunden.
Bei der zweiten und dritten Ausführungsvariante gemäß 2 und 3 ist vorgesehen, dass die erste Welle 1 mit dem Sonnenrad SR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden ist. Ferner ist die erste Welle 1 über das als Kupplung ausgeführte dritte Schaltelement K3 und über die achte Welle 8 mit dem Planetenradträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbindbar. Zudem ist die zweite Welle 2 über das als Kupplung ausgeführte vierte Schaltelement K4 und über die neunte Welle 9 mit dem Losrad 13 der ersten Stirnradstufe ST1 verbindbar. Darüber hinaus ist die zweite Welle 2 mit dem Festrad 15 der zweiten Stirnradstufe ST2 verbunden.
Gemäß 4 ist bei der vierten Ausführungsvariante vorgesehen, dass die erste Welle 1 mit dem Planetenradträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden ist. Ferner ist die erste Welle 1 über das als Kupplung ausgeführte zweite Schaltelement K2 und über die achte Welle 8 mit dem Sonnenrad SR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbindbar. Darüber hinaus ist die zweite Welle 2 über das als Kupplung ausgeführte vierte Schaltelement K4 und über die neunte Welle 9 mit dem Losrad 13 der ersten Stirnradstufe ST1 verbindbar. Zudem ist die zweite Welle 2 über das als Kupplung ausgeführte dritte Schaltelement K3 und über die siebente Welle 7 mit dem Losrad 15A der zweiten Stirnradstufe ST2 verbindbar.
Bei der fünften und sechsten Ausführungsvariante gemäß 5 und 6 ist vorgesehen, dass die erste Welle 1 mit dem Sonnenrad SR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 und mit dem Planetenradträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden ist. Zudem ist die zweite Welle 2 über das als Kupplung ausgeführte vierte Schaltelement K4 und über die neunte Welle 9 mit dem Losrad 13 der ersten Stirnradstufe ST1 verbindbar. Ferner ist die zweite Welle 2 über das als Kupplung ausgeführte dritte Schaltelement K3 und über die achte Welle 8 mit dem Losrad 15A der zweiten Stirnradstufe ST2 verbindbar.
Schließlich ist bei der siebenten Ausführungsvariante gemäß 7 bei dem Mehrstufengetriebe vorgesehen, dass die erste Welle 1 mit dem Planetenradträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden ist. Ferner ist die erste Welle 1 über das als Kupplung ausgeführte zweite Schaltelement K2 und über die achte Welle 8 mit dem Sonnenrad SR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbindbar. Darüber hinaus ist die zweite Welle 2 mit dem Festrad 13A der ersten Stirnradstufe ST1 verbunden und die zweite Welle 2 ist mit dem Festrad 15 der zweiten Stirnradstufe ST2 verbunden.
Bei der ersten, zweiten, vierten, fünften und siebenten Ausführungsvariante gemäß 1, 2, 4, 5 und 7 ist bei dem Mehrstufengetriebe vorgesehen, dass der Planetenträger PT1 des ersten Planetenradsatzes RS1 und das Hohlrad HR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 über die vierte Welle 4 verbunden sind, wobei der Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes RS1 und das Hohlrad HR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 über die vierte Welle 4 und über das als Bremse ausgeführte sechste Schaltelement B2 mit dem Gehäuse 11 verbindbar sind. Gemäß 3 und 6 ist dagegen bei der dritten und sechsten Ausführungsvariante vorgesehen, dass der Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes RS1 über die vierte Welle 4 und über das als Kupplung ausgeführte zweite Schaltelement K2 sowie über die siebente Welle 7 mit dem Hohlrad HR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbindbar ist, wobei der Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes RS1 und das Hohlrad HR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 über die vierte Welle 4 und über das als Bremse ausgeführte sechste Schaltelement B2 mit dem Gehäuse 11 verbindbar sind.
Bei der ersten, dritten, vierten und sechsten Ausführungsvariante gemäß 1, 3, 4 und 6 ist bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe vorgesehen, dass ein Festrad 12 einer ersten Stirnradstufe ST1 über die fünfte Welle 5 mit dem Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 und mit dem Planetenradträger PT3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden sind. Gemäß 2 und 5 ist bei der zweiten und fünften Ausführungsvariante vorgesehen, dass ein Festrad 12 einer ersten Stirnradstufe ST1 über die fünfte Welle 5 mit dem Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden ist, wobei das Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 über die fünfte Welle 5 und über das als Kupplung ausgeführte zweite Schaltelement K2 mit dem Planetenradträger PT3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbindbar ist. Bei der siebenten Ausführungsvariante gemäß 7 ist schließlich vorgesehen, dass ein Losrad 12A einer ersten Stirnradstufe ST1 über die fünfte Welle 5 und über das als Kupplung ausgeführte vierte Schaltelement K4 über die neunte Welle 9 mit dem Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 und mit dem Planetenradträger PT3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbindbar ist.
Bei der ersten bis sechsten Ausführungsvariante gemäß 1 bis 6 ist vorgesehen, dass ein Festrad 14 einer zweiten Stirnradstufe ST2 über die sechste Welle 6 mit dem Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden ist. Demgegenüber ist bei der siebenten Ausführungsvariante gemäß 7 vorgesehen, dass ein Losrad 14A einer zweiten Stirnradstufe ST2 über die sechste Welle 6 und über das als Kupplung ausgeführte dritte Schaltelement K3 sowie über die siebente Welle 7 mit dem Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbindbar ist.
Zu den sechs Ausführungsvarianten ist in der 1A ein Schaltschema bzw. eine Schaltmatrix für die jeweilige Getriebevariante dargestellt. In den Schaltschemen sind zum Realisieren der verschiedenen Gangstufen zu schließende bzw. zu aktivierende Schaltelemente K1, K2, K3, K4, B1, B2 tabellarisch dargestellt, wobei jeder Gangstufe eine Übersetzung i und zwischen verschiedenen Gangstufen der jeweilige Gangsprung φ angegeben sind. Neben den neun Vorwärtsgängen G1, G2, G3, G4, G5, G6, G7, G8, G9 und dem angegebenen Rückwärtsgang R sind weitere zusätzliche Schaltkombinationen als alternative vierte Vorwärtsgänge M1, M2, M3 angegeben. Insgesamt ergibt sich aus dem Schaltschema, dass das vorgeschlagene Mehrstufengetriebe optimierte Übersetzungsreihen mit niedrigen Absolut- und Relativdrehzahlen sowie niedrige Planetenradsatz- und Schaltelementmomente aufweist. Ferner ergeben sich aus den gewählten Radsatzanordnungen gute Verzahnungswirkungsgrade und geringe Schleppmomente.
Als bevorzugte Standübersetzungen können bei dem ersten Planetenradsatz RS1 ein Wert von etwa i₀ = –2,015, bei dem zweiten Planetenradsatz RS2 ein Wert von etwa i₀ = –1,700 und bei dem dritten Planetenradsatz RS3 ein Wert von etwa i₀ = –1,600 verwendet werden. Bei der ersten Stirnradstufe ST1 wird als Standübersetzung ein Wert von etwa i_ST1 = –1,804 und bei der zweiten Stirnradstufe ST2 ein Wert von etwa i_ST2 = –1,000 gewählt. Darüber hinaus ergibt sich aus dem Schaltschema, dass zum Schalten der Gangstufen jeweils nur drei Schaltelemente geschlossen werden.
Im Einzelnen ergibt sich aus den Schaltschemen gemäß 1A, dass zum Realisieren des ersten Vorwärtsganges G1 das als Kupplung ausgeführte zweite Schaltelement K2, das als Kupplung ausgeführte vierte Schaltelement K4 und das als Bremse ausgeführte sechste Schaltelement B2 geschlossen sind. Zum Schalten des zweiten Vorwärtsganges G2 sind das als Kupplung ausgeführte zweite Schaltelement K2, das als Kupplung ausgeführte vierte Schaltelement K4 und das als Bremse ausgeführte fünfte Schaltelement B1 geschlossen. Zum Schalten des dritten Vorwärtsganges G3 sind das als Kupplung ausgeführte erste Schaltelement K1, das als Kupplung ausgeführte zweite Schaltelement K2 und das als Kupplung ausgeführte vierte Schaltelement K4 geschlossen. Zum Schalten des vierten Vorwärtsganges G4 sind das als Kupplung ausgeführte zweite Schaltelement K2, das als Kupplung ausgeführte dritte Schaltelement K3 und das als Kupplung ausgeführte vierte Schaltelement K4 geschlossen. Zum Schalten des fünften Vorwärtsganges G5 sind das als Kupplung ausgeführte erste Schaltelement K1, das als Kupplung ausgeführte zweite Schaltelement K2 und das als Kupplung ausgeführte dritte Schaltelement K3 geschlossen. Zum Schalten des sechsten Vorwärtsganges G6 sind das als Kupplung ausgeführte zweite Schaltelement K2, das als Kupplung ausgeführte dritte Schaltelement K3 und das als Bremse ausgeführte fünfte Schaltelement B1 geschlossen. Zum Schalten des siebenten Vorwärtsganges G7 sind das als Kupplung ausgeführte zweite Schaltelement K2, das als Kupplung ausgeführte dritte Schaltelement K3 und das als Bremse ausgeführte sechste Schaltelement B2 geschlossen. Zum Schalten des achten Vorwärtsganges G8 sind das als Kupplung ausgeführte dritte Schaltelement K3, das als Bremse ausgeführte fünfte Schaltelement B1 und das als Bremse ausgeführte sechste Schaltelement B2 geschlossen. Zum Schalten des neunten Vorwärtsganges G9 sind das als Kupplung ausgeführte erste Schaltelement K1, das als Kupplung ausgeführte dritte Schaltelement K3 und das als Bremse ausgeführte sechste Schaltelement B2 geschlossen. Schließlich sind zum Schalten des Rückwärtsganges R das als Kupplung ausgeführte erste Schaltelement K1, das als Kupplung ausgeführte vierte Schaltelement K4 und das als Bremse ausgeführte sechste Schaltelement B2 geschlossen.
Bezüglich der Schaltkombinationen der alternativen vierten Vorwärtsgänge M1, M2, M3 ist gemäß des Schaltschemas anhand 1A vorgesehen, dass zum Schalten des alternativen vierten Vorwärtsganges M1 das als Kupplung ausgeführte dritte Schaltelement K3, das als Kupplung ausgeführte vierte Schaltelement K4 und das als Bremse ausgeführte fünfte Schaltelement B1 geschlossen sind. Zum Schalten des alternativen vierten Vorwärtsganges M2 sind das als Kupplung ausgeführte dritte Schaltelement K3, das als Kupplung ausgeführte vierte Schaltelement K4 und das als Bremse ausgeführte sechste Schaltelement B2 geschlossen. Ferner sind zum Schalten des alternativen vierten Vorwärtsganges M3 das als Kupplung ausgeführte erste Schaltelement K1, das als Kupplung ausgeführte dritte Schaltelement K3 und das als Kupplung ausgeführte vierte Schaltelement K4 geschlossen.
Die unterschiedlichen Übersetzungen i und die Gangsprünge φ zwischen verschiedenen Gangstufen bei den verschiedenen Ausführungsvarianten können den entsprechenden Schaltschema gemäß 1A entnommen werden.
Bezugszeichenliste

1: erste Welle als Antrieb
2: zweite Welle als Abtrieb
3: dritte Welle
4: vierte Welle
5: fünfte Welle
6: sechste Welle
7: siebente Welle
8: achte Welle
9: neunte Welle
11: Gehäuse
K1: erstes Schaltelement als Kupplung
K2: zweites Schaltelement als Kupplung
K3: drittes Schaltelement als Kupplung
K4: viertes Schaltelement als Kupplung
B1: fünftes Schaltelement als Bremse
B2: sechstes Schaltelement als Bremse
RS1: erster Planetenradsatz
RS2: zweiter Planetenradsatz
RS3: dritter Planetenradsatz
SR1: Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes
PT1: Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes
HR1: Hohlrad des ersten Planetenradsatzes
PT2: Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes
HR2: Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes
SR3: Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes
PT3: Planetenradträger des dritten Planetenradsatzes
HR3: Hohlrad des dritten Planetenradsatzes
ST1: erste Stirnradstufe
ST2: zweite Stirnradstufe
12: Festrad der ersten Stirnradstufe
12A: Losrad der ersten Stirnradstufe
13: Losrad der ersten Stirnradstufe
13A: Festrad der ersten Stirnradstufe
14: Festrad der zweiten Stirnradstufe
14A: Losrad der zweiten Stirnradstufe
15: Festrad der zweiten Stirnradstufe
15A: Losrad der zweiten Stirnradstufe
G1: erste Vorwärtsgangstufe
G2: zweite Vorwärtsgangstufe
G3: dritte Vorwärtsgangstufe
G4: vierte Vorwärtsgangstufe
G5: fünfte Vorwärtsgangstufe
G6: sechste Vorwärtsgangstufe
G7: siebente Vorwärtsgangstufe
G8: achte Vorwärtsgangstufe
G9: neunte Vorwärtsgangstufe
R: Rückwärtsgangstufe
M1: alternative vierte Gangstufe
M2: alternative vierte Gangstufe
M3: alternative vierte Gangstufe
i: Übersetzung
i₀: Standübersetzungen der Planetenradsätze
i_ST1: Standübersetzung der ersten Stirnradstufe
i_ST2: Standübersetzung der zweiten Stirnradstufe
φ: Gangsprung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007014150 A1 [0002]

Claims

Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise für ein Fahrzeug mit einem Gehäuse (11), wobei eine erste Welle (1) als Antrieb (An) und eine dazu achsparallel angeordnete zweite Welle (2) als Abtrieb (Ab) vorgesehen sind, wobei drei Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3) und weitere Wellen (3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) sowie sechs Schaltelemente (K1, K2, K3, K4, B1, B2) vorgesehen sind, durch deren Betätigung mehrere Gangstufen realisierbar sind, und wobei Maschinenelemente (ST1, ST2) zur Drehmomentübertragung zwischen Antrieb (An) und Abtrieb (Ab) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle (1) als Antrieb mit dem Sonnenrad (SR1) des ersten Planetenradsatzes (RS1), mit dem Sonnenrad (SR3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) und mit dem Planetenradträger (PT2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) verbindbar oder verbunden ist, und dass die zweite Welle (2) als Abtrieb (Ab) mit dem ersten Maschinenelement (ST1) und mit dem zweiten Maschinenelement (ST2) verbindbar oder verbunden ist.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Maschinenelemente Stirnradstufen (ST1, ST2) oder Ketten vorgesehen sind.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle (1) über das als Kupplung ausgeführte erste Schaltelement (K1) und über die dritte Welle (3) mit dem Sonnenrad (SR1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) verbindbar ist, wobei das Sonnenrad (SR1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) über das als Bremse ausgeführte fünfte Schaltelement (B1) mit dem Gehäuse (11) verbindbar ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (PT1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) und das Hohlrad (HR3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) über die vierte Welle (4) verbunden sind, wobei der Planetenradträger (PT1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) und das Hohlrad (HR3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) über die vierte Welle (4) und über das als Bremse ausgeführte sechste Schaltelement (B2) mit dem Gehäuse (11) verbindbar sind.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradträger (PT1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) über die vierte Welle (4) und über das als Kupplung ausgeführte zweite Schaltelement (K2) sowie über die siebente Welle (7) mit dem Hohlrad (HR3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbindbar ist, wobei der Planetenradträger (PT1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) und das Hohlrad (HR3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) über die vierte Welle (4) und über das als Bremse ausgeführte sechste Schaltelement (B2) mit dem Gehäuse (11) verbindbar sind.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Festrad (12) einer ersten Stirnradstufe (ST1) über die fünfte Welle (5) mit dem Hohlrad (HR1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) und mit dem Planetenradträger (PT3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbunden sind.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Festrad (12) einer ersten Stirnradstufe (ST1) über die fünfte Welle (5) mit dem Hohlrad (HR1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) verbunden ist, wobei das Hohlrad (HR1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) über die fünfte Welle (5) und über das als Kupplung ausgeführte zweite Schaltelement (K2) mit dem Planetenradträger (PT3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbindbar ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Losrad (12A) einer ersten Stirnradstufe (ST1) über die fünfte Welle (5) und über das als Kupplung ausgeführte vierte Schaltelement (K4) über die neunte Welle (9) mit dem Hohlrad (HR1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) und mit dem Planetenradträger (PT3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbindbar ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Festrad (14) einer zweiten Stirnradstufe (ST2) über die sechste Welle (6) mit dem Hohlrad (HR2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) verbunden ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Losrad (14A) einer zweiten Stirnradstufe (ST2) über die sechste Welle (6) und über das als Kupplung ausgeführte dritte Schaltelement (K3) sowie über die siebente Welle (7) mit dem Hohlrad (HR2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) verbindbar ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle (1) über das als Kupplung ausgeführte zweite Schaltelement (K2) und über die achte Welle (8) mit dem Sonnenrad (SR3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbindbar ist, dass die erste Welle (1) über das als Kupplung ausgeführte dritte Schaltelement (K3) und über die siebente Welle (7) mit dem Planetenradträger (PT2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) verbindbar ist, dass die zweite Welle (2) über das als Kupplung ausgeführte vierte Schaltelement (K4) und über die neunte Welle (9) mit dem Losrad 13 der ersten Stirnradstufe (ST1) verbindbar ist, und dass die zweite Welle (2) mit dem Festrad (15) der zweiten Stirnradstufe (ST2) verbunden ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle (1) mit dem Sonnenrad (SR3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbunden ist, dass die erste Welle (1) über das als Kupplung ausgeführte dritte Schaltelement (K3) und über die achte Welle (8) mit dem Planetenradträger (PT2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) verbindbar ist, dass die zweite Welle (2) über das als Kupplung ausgeführte vierte Schaltelement (K4) und über die neunte Welle (9) mit dem Losrad (13) der ersten Stirnradstufe (ST1) verbindbar ist, und dass die zweite Welle (2) mit dem Festrad (15) der zweiten Stirnradstufe (ST2) verbunden ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle (1) mit dem Planetenradträger (PT2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) verbunden ist, dass die erste Welle (1) über das als Kupplung ausgeführte zweite Schaltelement (K2) und über die achte Welle (8) mit dem Sonnenrad (SR3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbindbar ist, dass die zweite Welle (2) über das als Kupplung ausgeführte vierte Schaltelement (K4) und über die neunte Welle (9) mit dem Losrad (13) der ersten Stirnradstufe (ST1) verbindbar ist, und dass die zweite Welle (2) über das als Kupplung ausgeführte dritte Schaltelement (K3) und über die siebente Welle (7) mit dem Losrad (15A) der zweiten Stirnradstufe (ST2) verbindbar ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle (1) mit dem Sonnenrad (SR3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) und mit dem Planetenradträger (PT2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) verbunden ist, dass die zweite Welle (2) über das als Kupplung ausgeführte vierte Schaltelement (K4) und über die neunte Welle (9) mit dem Losrad (13) der ersten Stirnradstufe (ST1) verbindbar ist, und dass die zweite Welle (2) über das als Kupplung ausgeführte dritte Schaltelement (K3) und über die achte Welle (8) mit dem Losrad (15A) der zweiten Stirnradstufe (ST2) verbindbar ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle (1) mit dem Planetenradträger (PT2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) verbunden ist, dass die erste Welle (1) über das als Kupplung ausgeführte zweite Schaltelement (K2) und über die achte Welle (8) mit dem Sonnenrad (SR3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbindbar ist, dass die zweite Welle (2) mit dem Festrad (13A) der ersten Stirnradstufe (ST1) verbunden ist und dass die zweite Welle (2) mit dem Festrad (15) der zweiten Stirnradstufe (ST2) verbunden ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3) radial übereinander angeordnet sind.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetenradsatz (RS1) und der zweite Planetenradsatz (RS2) radial übereinander angeordnet sind, wobei der erste, radial innen angeordnete Planetenradsatz (RS1) und der zweite, radial außen angeordnete Planetenradsatz (RS2) über das Hohlrad (HR1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) miteinander verbunden sind.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest neun Vorwärtsgänge (G1 bis G9) und zumindest ein Rückwärtsgang (R) schaltbar sind.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgesehenen Schaltelemente (K1, K2, K3, K4, B1, B2) als reib- oder formschlüssige Schaltelemente ausführbar sind.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schalten des ersten Vorwärtsganges (G1) das als Kupplung ausgeführte zweite Schaltelement (K2), das als Kupplung ausgeführte vierte Schaltelement (K4) und das als Bremse ausgeführte sechste Schaltelement (B2) geschlossen sind, dass zum Schalten des zweiten Vorwärtsganges (G2) das als Kupplung ausgeführte zweite Schaltelement (K2), das als Kupplung ausgeführte vierte Schaltelement (K4) und das als Bremse ausgeführte fünfte Schaltelement (B1) geschlossen sind, dass zum Schalten des dritten Vorwärtsganges (G3) das als Kupplung ausgeführte erste Schaltelement (K1), das als Kupplung ausgeführte zweite Schaltelement (K2) und das als Kupplung ausgeführte vierte Schaltelement (K4) geschlossen sind, dass zum Schalten des vierten Vorwärtsganges (G4) das als Kupplung ausgeführte zweite Schaltelement (K2), das als Kupplung ausgeführte dritte Schaltelement (K3) und das als Kupplung ausgeführte vierte Schaltelement (K4) geschlossen sind, dass zum Schalten des fünften Vorwärtsganges (G5) das als Kupplung ausgeführte erste Schaltelement (K1), das als Kupplung ausgeführte zweite Schaltelement (K2) und das als Kupplung ausgeführte dritte Schaltelement (K3) geschlossen sind, dass zum Schalten der sechsten Vorwärtsganges (G 6) das als Kupplung ausgeführte zweite Schaltelement (K2), das als Kupplung ausgeführte dritte Schaltelement (K3) und das als Bremse ausgeführte fünfte Schaltelement (B1) geschlossen sind, dass zum Schalten des siebenten Vorwärtsganges (G7) das als Kupplung ausgeführte zweite Schaltelement (K2), das als Kupplung ausgeführte dritte Schaltelement (K3) und das als Bremse ausgeführte sechste Schaltelement (B2) geschlossen sind, dass zum Schalten des achten Vorwärtsganges (G8) das als Kupplung ausgeführte dritte Schaltelement (K3), das als Bremse ausgeführte fünfte Schaltelement (B1) und das als Bremse ausgeführte sechste Schaltelement (B2) geschlossen sind, dass zum Schalten des neunten Vorwärtsganges (G9) das als Kupplung ausgeführte erste Schaltelement (K1), das als Kupplung ausgeführte dritte Schaltelement (K3) und das als Bremse ausgeführte sechste Schaltelement (B2) geschlossen sind, und dass zum Schalten des Rückwärtsganges (R) das als Kupplung ausgeführte erste Schaltelement (K1), das als Kupplung ausgeführte vierte Schaltelement (K4) und das als Bremse ausgeführte sechste Schaltelement (B2) geschlossen sind.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schalten von alternativen vierten Vorwärtsgängen (M1, M2, M3) das als Kupplung ausgeführte dritte Schaltelement (K3), das als Kupplung ausgeführte vierte Schaltelement (K4) und das als Bremse ausgeführte fünfte Schaltelement (B1) geschlossen sind oder das als Kupplung ausgeführte dritte Schaltelement (K3), das als Kupplung ausgeführte vierte Schaltelement (K4) und das als Bremse ausgeführte sechste Schaltelement (B2) geschlossen sind oder das als Kupplung ausgeführte erste Schaltelement (K1), das als Kupplung ausgeführte dritte Schaltelement (K3) und das als Kupplung ausgeführte vierte Schaltelement (K4) geschlossen sind.