DE102013205378A1

DE102013205378A1 - Getriebe für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102013205378A1
Application number: DE102013205378.9A
Authority: DE
Inventors: Stefan Beck; Christian SIBLA; Wolfgang Rieger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2014-10-02
Also published as: CN105051414A; CN105051414B; JP6312796B2; US20160047442A1; EP2978999A1; US9933043B2; WO2014154412A1; JP2016517932A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere Mehrstufengetriebe, für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Gehäuse, eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, zumindest vier Planetenradsätze, wobei die Planentenradsätze jeweils ein Sonnenrad, zumindest einen Planeten, einen Planetenträger und ein Hohlrad umfassen, sowie mehrere Schaltelemente in Form von zumindest drei Kupplungen und zumindest drei Bremsen, wobei die Antriebswelle über die zweite Kupplung mit dem Planetenträger des ersten Planetenradsatzes verbindbar ist und der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes mit der zweiten Bremse verbunden ist und das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes mit dem Planetenträger des vierten Planetenradsatzes verbunden ist und der Planetenträger des vierten Planetenradsatzes mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes verbunden ist und das Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes mit der dritten Bremse verbunden ist und der Planetenträger des dritten Planetenradsatzes mit der Abtriebswelle verbunden ist und das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes mit dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes verbunden ist und die dritte Kupplung mit der ersten Bremse verbunden ist und die dritte Kupplung mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere Mehrstufengetriebe, für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Gehäuse, eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, zumindest vier Planetenradsätze, wobei die Planentenradsätze jeweils ein Sonnenrad, zumindest einen Planeten, einen Planetenträger und ein Hohlrad umfassen, sowie mehrere Schaltelemente in Form von zumindest drei Kupplungen und zumindest drei Bremsen.
Derartige Getriebe sind beispielsweise aus der WO 2012/052284 A1 bekannt. In der WO 2012/052284 A1 ist ein Mehrstufengetriebe mit sechs Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang gezeigt, welches vier Planetenradsätze, sieben drehbare Wellen und fünf Schaltelemente umfasst, wobei das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mit der sechsten Welle verbunden ist, die über eine erste Bremse an das Gehäuse des Getriebes ankoppelbar ist, wobei der Steg des ersten Planetenradsatzes mit der fünften Welle verbunden ist, die mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden und über eine zweite Bremse an das Gehäuse ankoppelbar ist, wobei die Antriebswelle mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes verbunden und über eine Kupplung mit der mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes und dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes verbundenen siebten Welle lösbar verbindbar ist, wobei die vierte Welle mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes und dem Steg des zweiten Planetenradsatzes verbunden und über eine dritte Bremse an das Gehäuse ankoppelbar ist, wobei die Abtriebswelle mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes und dem Steg des vierten Planetenradsatzes verbunden ist und wobei das Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes mit der dritten Welle verbunden ist, die über eine vierte Bremse an das Gehäuse ankoppelbar ist.
Nachteilig dabei ist, dass Schaltelemente wie beispielsweise Lamellenkupplungen oder -bremsen hydraulisch betätigt werden. Diese hydraulische Betätigung führt zu hohen hydraulischen Verlusten. Um diese Betätigungsverluste zu umgehen, ist vorgeschlagen worden, elektromechanische oder elektrohydraulische Betätigungen vorzusehen. Nachteilig dabei ist wiederum, dass die Schaltelemente vor allem die Kupplungen schlecht zugänglich sind.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, welches einen guten Wirkungsgrad, geringe Bauteilbelastung und einen geringen Bauaufwand aufweist. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welches eine gute Zugänglichkeit seiner Schaltelemente von außen aufweist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein alternatives Getriebe für ein Kraftfahrzeug anzugeben.
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgaben bei einem Getriebe, insbesondere Mehrstufengetriebe, für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Gehäuse, eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, zumindest vier Planetenradsätze, wobei die Planentenradsätze jeweils ein Sonnenrad, zumindest einen Planeten, einen Planetenträger und ein Hohlrad umfassen, sowie mehrere Schaltelemente in Form von zumindest drei Kupplungen und zumindest drei Bremsen, dadurch, dass die Antriebswelle über die zweite Kupplung mit dem Planetenträger des ersten Planetenradsatzes verbindbar ist und der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes mit der zweiten Bremse verbunden ist und das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes mit dem Planetenträger des vierten Planetenradsatzes verbunden ist und der Planetenträger des vierten Planetenradsatzes mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes verbunden ist und das Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes mit der dritten Bremse verbunden ist und der Planetenträger des dritten Planetenradsatzes mit der Abtriebswelle verbunden ist und das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes mit dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes verbunden ist und die dritte Kupplung mit der ersten Bremse verbunden ist und die dritte Kupplung mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes verbunden ist.
Die Erfindung löst die Aufgaben ebenfalls bei einem Kraftfahrzeug, insbesondere bei einem Personen- oder Lastkraftwagen mit einem Getriebe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.
Die Erfindung löst die Aufgaben ebenfalls mit einem Verfahren zum Betreiben eines Getriebes, insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1–6, mit drei Bremsen und drei Kupplungen, dadurch, dass ein erster Gang mittels offener erster Bremse, geschlossener zweiter Bremse, offener dritter Bremse, geschlossener erster Kupplung, offener zweiter Kupplung und geschlossener dritter Kupplung gebildet wird, und dass ein zweiter Gang mittels geschlossener erster Bremse, geschlossener zweiter Bremse, offener dritter Bremse, geschlossener erster Kupplung, offener zweiter Kupplung und offener dritter Kupplung gebildet wird, und dass ein dritter Gang mittels offener erster Bremse, geschlossener zweiter Bremse, geschlossener dritter Bremse, geschlossener erster Kupplung, offener zweiter Kupplung und offener dritter Kupplung gebildet wird, und dass ein vierter Gang mittels geschlossener erster Bremse, offener zweiter Bremse, geschlossener dritter Bremse, geschlossener erster Kupplung, offener zweiter Kupplung und offener dritter Kupplung gebildet wird und dass ein fünfter Gang mittels offener erster Bremse, offener zweiter Bremse, geschlossener dritter Bremse, geschlossener erster Kupplung, offener zweiter Kupplung und geschlossener dritter Kupplung gebildet wird, und dass ein sechster Gang mittels offener erster Bremse, offener zweiter Bremse, geschlossener dritter Bremse, geschlossener erster Kupplung, geschlossener zweiter Kupplung und offener dritter Kupplung gebildet wird, und dass ein siebter Gang mittels offener erster Bremse, offener zweiter Bremse, offener dritter Bremse, geschlossener erster Kupplung, geschlossener zweiter Kupplung und geschlossener dritter Kupplung gebildet wird, und dass ein achter Gang mittels offener erster Bremse, offener zweiter Bremse, geschlossener dritter Bremse, offener erster Kupplung, geschlossener zweiter Kupplung und geschlossener dritter Kupplung gebildet wird, und dass ein neunter Gang mittels geschlossener erster Bremse, offener zweiter Bremse, geschlossener dritter Bremse, offener erster Kupplung, geschlossener zweiter Kupplung und offener dritter Kupplung gebildet wird und dass ein Rückwärtsgang mittels offener erster Bremse, geschlossener zweiter Bremse, geschlossener dritter Bremse, offener erster Kupplung, offener zweiter Kupplung und geschlossener dritter Kupplung gebildet wird.
Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass auf diese Weise eine gute Zugänglichkeit sämtlicher Schaltelemente sichergestellt ist. Darüber hinaus ist der Bauaufwand gering, was niedrigere Kosten bzw. Gewicht für das Getriebe bedeutet.
Über die Antriebswelle wird besonders bevorzugt ein Drehmoment bzw. eine Rotationsbewegung einer Antriebswelle, beispielsweise eines Verbrennungsmotors, in das Getriebe eingeleitet. In bevorzugter Weise befindet sich zwischen Antriebswelle und der Abtriebswelle ein Anfahrelement, wie etwa ein hydrodynamischer Drehmomentwandler oder eine Strömungskupplung.
Unter einer Welle ist nachfolgend nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile oder Elemente miteinander verbinden, insbesondere Verbindungselemente, die mehrere Elemente drehfest miteinander verbinden.
Zwei Elemente werden insbesondere als miteinander verbunden bezeichnet, wenn zwischen den Elementen eine feste, insbesondere drehfeste Verbindung, besteht. Insbesondere drehen solche verbundene Elemente mit der gleichen Drehzahl.
Zwei Elemente werden im Weiteren als verbindbar bezeichnet, wenn zwischen diesen Elementen eine lösbare Verbindung besteht. Insbesondere drehen solche Elemente mit der gleichen Drehzahl, wenn die Verbindung besteht.
Die verschiedenen Bauteile und Elemente der genannten Erfindung können dabei über eine Welle bzw. ein Verbindungselement, aber auch direkt, beispielsweise mittels einer Schweiß-, Press- oder einer sonstigen Verbindung miteinander verbunden sein.
Unter einer Kupplung ist vorzugsweise in der Beschreibung, insbesondere in den Ansprüchen, ein Schaltelement zu verstehen, welches, je nach Betätigungszustand, eine Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen zulässt oder eine Verbindung zur Übertragung eines Drehmoments darstellt. Unter einer Relativbewegung ist beispielsweise eine Rotation zweier Bauteile zu verstehen, wobei die Drehzahl des ersten Bauteils und die Drehzahl des zweiten Bauteils voneinander abweichen. Darüber hinaus ist auch die Rotation nur eines der beiden Bauteile denkbar, während das andere Bauteil still steht oder in entgegengesetzter Richtung rotiert.
Im Folgenden ist unter einer nicht betätigten Kupplung eine geöffnete Kupplung zu verstehen. Dies bedeutet, dass eine Relativbewegung zwischen den beiden Bauteilen möglich ist. Bei betätigter bzw. geschlossener Kupplung rotieren die beiden Bauteile dementsprechend mit gleicher Drehzahl in dieselbe Richtung.
Unter einer Bremse ist vorzugsweise in der Beschreibung, insbesondere in den Ansprüchen, ein Schaltelement zu verstehen, welches auf einer Seite mit einem feststehenden Element, beispielsweise einem Gehäuse, und auf einer anderen Seite mit einem rotierbaren Element verbunden ist.
Im Folgenden ist unter einer nicht betätigten Bremse eine geöffnete Bremse zu verstehen. Dies bedeutet, dass das rotierende Bauteil frei rotierbar ist, d.h., die Bremse bevorzugt keinen Einfluss auf die Drehzahl des rotierenden Bauteils nimmt. Bei betätigter bzw. geschlossener Bremse erfolgt eine Reduzierung der Drehzahl des rotierbaren Bauteils bis hin zum Stillstand, d.h., dass eine feste Verbindung zwischen rotierbarem Element und feststehendem Element herstellbar ist. Element und Bauteil sind in diesem Zusammenhang gleichzusetzen.
Grundsätzlich ist auch eine Verwendung von Schaltelementen möglich, die im nicht betätigten Zustand geschlossen und im betätigten Zustand geöffnet sind. Dementsprechend sind die Zuordnungen zwischen Funktion und Schaltzustand der oben beschriebenen Schaltzustände in umgekehrter Weise zu verstehen. Bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen anhand der Figuren, wird zunächst eine Anordnung zugrundegelegt, in der ein betätigtes Schaltelement geschlossen und ein nicht betätigtes Schaltelement geöffnet ist.
Ein Planetenradsatz umfasst ein Sonnenrad, ein Planetenträger respektive Steg und ein Hohlrad. An dem Planetenträger respektive Steg drehbar gelagert sind Planetenräder oder Planeten, welche mit der Verzahnung des Sonnenrades und/oder der Verzahnung des Hohlrades kämmen.
Nachfolgend beschreibt ein Minus-Planetenradsatz einen Planetenradsatz mit einem Planetenträger, an dem die Planetenräder drehbar gelagert sind, mit einem Sonnenrad und mit einem Hohlrad, wobei die Verzahnung zumindest eines der Planetenräder sowohl mit der Verzahnung des Sonnenrades als auch mit der Verzahnung des Hohlrades kämmt, wodurch das Hohlrad und das Sonnenrad in entgegengesetzte Drehrichtungen rotieren, wenn das Sonnenrad bei feststehendem Planetenträger rotiert.
Ein Plus-Planetenradsatz unterscheidet sich zu dem gerade beschriebenen Minus-Planetenradsatz dahingehend, dass der Plus-Planetenradsatz innere und äußere Planetenräder aufweist, welche drehbar an den Planetenträger gelagert sind. Die Verzahnung der inneren Planetenräder kämmt dabei einerseits mit der Verzahnung des Sonnenrades und andererseits mit der Verzahnung der äußeren Planetenräder. Die Verzahnung der äußeren Planetenräder kämmt darüber hinaus mit der Verzahnung des Hohlrades. Dies hat zur Folge, dass bei feststehendem Planetenträger das Hohlrad und das Sonnenrad in die gleiche Drehrichtung rotieren.
Durch die Verwendung von Planetenradsätzen können besonders kompakte Getriebe realisiert werden, wodurch eine große Freiheit bei der Anordnung des Getriebes in dem Fahrzeug erreicht wird.
Unter den Elementen eines Planetenradsatzes werden insbesondere das Sonnenrad, das Hohlrad, der Planetenträger respektive Steg und die Planetenräder respektive die Planeten des Planetenradsatzes verstanden.
Besonders bevorzugt sind die Schaltelemente selektiv, also einzeln und bedarfsgerecht betätigbar, wodurch unterschiedliche Gänge durch unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle realisierbar sind. Je höher die Anzahl der Gänge, desto feiner kann eine Gangabstufung bei einer gegebenen Getriebespreizung realisiert werden und somit kann beispielsweise ein Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs in einem optimalen Drehzahlbereich und damit möglichst wirtschaftlich betrieben werden. Gleichzeitig trägt dies zu einer Erhöhung des Fahrkomforts bei, da der Verbrennungsmotor bevorzugt auf einem niedrigen Drehzahlniveau betreibbar ist. So werden beispielsweise auch Lärmemissionen reduziert, welche durch den Betrieb des Verbrennungsmotors entstehen.
Unter dem Begriff „Front-Quer-Anordnung“ ist eine Anordnung zu verstehen, bei der die Antriebswelle quer zu einer Fahrtrichtung in einem Kraftfahrzeug verbaut ist und bevorzugt die Räder einer vorderen Achse durch die Antriebswelle bzw. das Getriebe antreibbar sind.
Weiterhin können die Schaltelemente derart ausgebildet sein, dass für eine Änderung eines Schaltzustandes der Schaltelemente Energie, nicht jedoch für das Beibehalten des Schaltzustandes selbst benötigt wird.
Hierzu eignen sich in besonderer Weise bedarfsgerecht betätigbare Schaltelemente, wie beispielsweise elektromechanische Schaltelemente oder elektromagnetische Schaltelemente. Sie zeichnen sich, insbesondere im Vergleich zu konventionell hydraulisch betätigbaren Schaltelementen, durch einen besonders geringen und effizienten Energiebedarf aus, da sie nahezu verlustfrei betreibbar sind. Darüber hinaus kann in vorteilhafter Weise darauf verzichtet werden, permanent einen Steuerdruck für die Betätigung der beispielsweise konventionell hydraulischen Schaltelemente vorzuhalten, bzw. das jeweilige Schaltelement in geschaltetem Zustand permanent mit dem erforderlichen Hydraulikdruck zu beaufschlagen. Hierdurch können beispielsweise weitere Bauteile wie eine Hydraulikpumpe entfallen, soweit diese ausschließlich der Ansteuerung und Versorgung der konventionell hydraulisch betätigbaren Schaltelemente dienen. Erfolgt die Versorgung weiterer Bauteile mit Schmiermitteln nicht über eine separate Schmiermittelpumpe, sondern über die gleiche Hydraulikpumpe, so kann diese zumindest kleiner dimensioniert werden. Auch eventuell auftretende Undichtigkeiten an Ölübergabestellen des Hydraulikkreislaufs, insbesondere bei rotierenden Bauteilen, entfallen. Dies trägt besonders bevorzugt ebenfalls zu einer Effizienzsteigerung des Getriebes in Form eines höheren Wirkungsgrades bei.
Bei der Verwendung von bedarfsgerecht betätigbaren Schaltelementen der oben genannten Art ist es besonders vorteilhaft, wenn diese von außen gut zugänglich sind. Dies hat unter anderem den Vorteil, dass die benötigte Schaltenergie den Schaltelementen gut zugeführt werden kann. Daher sind Schaltelemente bevorzugt so angeordnet, dass sie von außen gut zugänglich sind. Von außen gut zugänglich bedeutet im Sinne der Schaltelemente, das zwischen dem Gehäuse des Getriebes und dem Schaltelement keine weiteren Bauteile angeordnet sind, bzw. dass die Schaltelemente besonders bevorzugt an der Antriebswelle oder an der Abtriebswelle angeordnet sind.
Unter dem Begriff „Bindbarkeit“ ist vorzugsweise in der Beschreibung, insbesondere in den Ansprüchen zu verstehen, dass bei unterschiedlicher geometrischer Lage die gleiche Anbindung bzw. Bindung der Getriebeelemente gewährleistet ist, ohne dass sich einzelne Verbindungselemente oder Wellen kreuzen.
Unter dem Begriff „Standübersetzung“ ist diejenige Übersetzung zu verstehen, die durch das Übersetzungsverhältnis zwischen Sonnenrad und Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes realisiert ist, wenn der Planetenträger respektive Steg feststeht.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Vorteilhafterweise sind die Planetenradsätze, insbesondere geometrisch, hintereinander im Getriebe angeordnet. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung des Getriebes sowie einfachere Zugänglichkeit der Planetenradsätze im Falle einer Wartung.
Der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes kann über die erste Kupplung mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbindbar sein.
Der Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes kann über die erste Kupplung mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes und dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes verbindbar sein.
Zweckmäßigerweise ist die Antriebswelle mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden. Auf diese Weise kann Kraft und Drehmoment von der Antriebswelle zentral auf das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes in äußerst zuverlässiger Weise übertragen werden.
Vorteilhafterweise ist die Antriebswelle über die erste Kupplung mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbindbar. Damit wird die Flexibilität des Getriebes hinsichtlich der Darstellung verschiedener Gangstufen noch weiter gesteigert, da dann je nach Bedarf die Antriebswelle mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden werden kann.
Zweckmäßigerweise wird ein zusätzlicher Gang mittels geschlossener erster Bremse, offener zweiter Bremse, offener dritter Bremse, geschlossener erster Kupplung, geschlossener zweiter Kupplung und offener dritter Kupplung gebildet. Somit wir die Flexibilität des Getriebes hinsichtlich des Einsatzes in verschiedenen Fahrzeugen noch weiter erhöht. Gleichzeitig ist eine noch feinere Getriebeabstufung durch die eine oder mehreren zusätzlichen Gangstufen möglich.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen, und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.
Dabei zeigen jeweils in schematischer Form:
1 ein Getriebe gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Schaltmatrix für ein Getriebe gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ein Getriebe gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ein Getriebe gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; sowie
5 ein Getriebe gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt ein Getriebe gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 ein Mehrstufengetriebe. Das Mehrstufengetriebe 1 weist sechs Lastschaltelemente in Form dreier Kupplungen K1, K2, K3 sowie dreier Bremsen B1, B2, B3 auf. Mittels der Kupplungen K1, K2, K3 kann die Antriebsseite mit der Abtriebsseite des Getriebes 1 zur Übertragung von Kraft und Drehmomenten gekoppelt bzw. verbunden werden. Hierzu sind die erste Kupplung K1, die zweite Kupplung K2 sowie die dritte Kupplung K3 mit der Antriebswelle ANW auf der Antriebsseite verbunden. Die erste Kupplung K1 ist weiterhin mit einer ersten Welle W1 verbunden, so dass die Kupplung bei Betätigung Kraft und Drehmoment von der Antriebswelle ANW auf die erste Welle W1 überträgt. Entsprechendes gilt auch für die zweite Kupplung K2 und die dritte Kupplung K3. Bei Schließen der zweiten Kupplung K2 wird Kraft von der Antriebswelle ANW auf die zweite Welle W2, bei Schließen der dritten Kupplung K3 Kraft und Drehmoment von der Antriebswelle ANW auf die dritte Welle W3 übertragen.
Im Getriebe 1 sind weiterhin vier Planetenradsätze GP1, GP2, GP3 und GP4 und acht Wellen W1, W2, W3, W4, W5, W6, W7 und W8 angeordnet.
Im Folgenden wird nun zunächst der allgemeine Aufbau des ersten Planetenradsatzes GP1, des zweiten Planetenradsatzes GP2, des dritten Planetenradsatzes GP3 sowie des vierten Planetenradsatzes GP4 beschrieben. Die vorstehend genannten Planetenradsätze GP1, GP2, GP3 und GP4 sind in üblicher Weise aufgebaut und weisen jeweils ein zentrales Sonnenrad 101, 102, 103, 104 auf, welches mit mehreren Planeten, wobei nur ein Planet 111, 112, 113, 114 geeignet ist zur Übertragung von Kraft und Drehmomenten zusammenwirkt. Der Planet 111, 112, 113, 114 ist an einem Steg/Planetenträger 121, 122, 123, 124 drehbar gelagert. Auf der radialen Außenseite des Planeten 111, 112, 113, 114 ist ein Hohlrad 131, 132, 133, 134 angeordnet, in das der jeweilige Planet 111, 112, 113, 114 zur Übertragung von Kraft und Drehmomenten eingreift. Der Steg respektive Planetenträger 121, 122, 123, 124 ist weiterhin jeweils mit einer Welle verbunden. Die einzelnen Bezugszeichen für Sonnenrad, Planet, Planetenträger/Steg und Hohlrad sind in 1 zu sehen. Der Übersichtlichkeit wegen sind die Bezugszeichen hierfür in den weiteren Figuren weggelassen worden.
Weiter werden nun die acht verschiedenen Wellen W1, W2, W3, W4, W5, W6 und W7 sowie W8 beschrieben. Wobei die Wellen W3 und W6 zu einer Welle zusammengefasst werden können.
Die erste Welle W1 verbindet die erste Kupplung K1 und das Sonnenrad 102 des zweiten Planetenradsatzes GP2 zur Übertragung von Kraft und Drehmomenten. Die zweite Welle W2 verbindet die zweite Kupplung K2 mit dem Hohlrad 132 des zweiten Planetenradsatzes GP2 zur Übertragung von Kraft und Drehmomenten. Die dritte Welle W3 verbindet die dritte Kupplung K3 mit dem Sonnenrad 101 des ersten Planetenradsatzes GP1. Die vierte Welle W4 verbindet das Hohlrad 131 des ersten Planetenradsatzes GP1 mit dem Steg 124 des vierten Planetenradsatzes GP4 und weiter den Steg 124 des vierten Planetenradsatzes GP4 mit dem Sonnenrad 103 des dritten Planetenradsatzes GP3. Die fünfte Welle W5 verbindet den Steg 122 des zweiten Planetenradsatzes GP2 mit den Hohlrädern 133, 134 des dritten Planetenradsatzes GP3 und des vierten Planetenradsatzes GP4, welche über die gemeinsame fünfte Welle W5 miteinander verbunden sind. Die sechste Welle W6 ermöglicht eine Verbindung zwischen der dritten Welle W3 und dem Gehäuse G mittels der ersten Bremse B1. Die siebte Welle W7 ermöglicht eine Verbindung der zweiten Welle W2, welche mit dem Steg 121 des ersten Planetenradsatzes GP1 verbunden ist, mittels der zweiten Bremse B2 mit dem Gehäuse G. Die Abtriebswelle AW ist mit dem Steg 123 des dritten Planetenradsatzes GP3 verbunden. Das Sonnenrad 104 des vierten Planetenradsatzes GP4 ist über die achte Welle W8 mittels der dritten Bremse B3 mit dem Gehäuse G verbindbar.
2 zeigt eine Schaltmatrix für ein Getriebe gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 2 ist eine Schaltmatrix für ein Getriebe 1 gemäß 1 dargestellt. Senkrecht hierzu nach unten sind zunächst die neun Vorwärtsgangstufen, bezeichnet mit den Bezugszeichen V1 bis V9 dargestellt, sowie eine Rückwärtsgangstufe, bezeichnet mit R. Des Weiteren ist eine zusätzliche Darstellung einer weiteren Vorwärtsgangstufe dargestellt, bezeichnet mit dem Bezugszeichen VZ. Waagerecht sind die jeweiligen Schaltelemente dargestellt, wobei zunächst die drei Bremsen B1, B2 und B3 und anschließend die drei Kupplungen K1, K2 und K3 dargestellt sind. Weiterhin ist das jeweilige Übersetzungsverhältnis/Ratio i sowie der entsprechende Gangsprung/Step φ zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gängen dargestellt. Insoweit ist der jeweilige Gangsprung in der Schaltmatrix jeweils zwischen zwei benachbarten Gängen/Gangstufen dargestellt. Bei der zusätzlichen Darstellung des weiteren Vorwärtsganges VZ ist nur die Übersetzung angegeben.
Die in der Schaltmatrix freigelassenen Einträge, also beispielsweise bei der Vorwärtsgangstufe V1 bei der ersten Bremse B1, bei der dritten Bremse B3 sowie bei der zweiten Kupplung K2 zeigen an, dass das entsprechende Schaltelement bzw. die Bremse bzw. die Kupplung geöffnet ist, d.h. dass das Schaltelement hierbei keine Kräfte bzw. kein Drehmoment von den an das Schaltelement angeschlossenen oder mit diesem verbundenen jeweiligen Wellen oder Elementen des Getriebes überträgt. Ein mit einem Kreuz versehener Eintrag in der Schaltmatrix bezeichnet einen entsprechend betätigtes bzw. geschlossenes Schaltelement, also in der Schaltmatrix beispielsweise bei der Vorwärtsgangstufe V1 bei der Kupplung K1 und K3 sowie bei der Bremse B2.
Um den ersten Vorwärtsgang V1 mittels des Getriebes 1 gemäß 1 darzustellen, sind die Bremse B2 sowie die Kupplungen K1 und K3 geschlossen. Das Übersetzungsverhältnis i beträgt 6,039. Um den zweiten Vorwärtsgang V2 darzustellen, sind die Bremsen B1, B2 sowie die Kupplung K1 geschlossen. Das Übersetzungsverhältnis i beträgt 3,890.
Um den dritten Vorwärtsgang V3 darzustellen, sind die Bremsen B2, B3 sowie die Kupplung K1 geschlossen. Das Übersetzungsverhältnis i beträgt 2,793. Um den vierten Vorwärtsgang V4 darzustellen, sind die Bremsen B1, B3 sowie die Kupplung K1 geschlossen. Das Übersetzungsverhältnis i beträgt 1,852.
Um den fünften Vorwärtsgang V5 darzustellen, sind die dritte Bremse B3 sowie die Kupplungen K1 und K3 geschlossen. Das Übersetzungsverhältnis i beträgt 1,418. Um den sechsten Vorwärtsgang V6 darzustellen, sind die dritte Bremse B3 sowie die Kupplungen K1 und K2 geschlossen. Das Übersetzungsverhältnis i beträgt 1,117.
Um den siebten Vorwärtsgang V7 darzustellen, sind sämtliche Bremsen B1, B2, B3 geöffnet und sämtliche Kupplungen K1, K2, K3 geschlossen. Das Übersetzungsverhältnis i beträgt 1,000. Um den achten Vorwärtsgang V8 darzustellen, sind die dritte Bremse B3 sowie die Kupplungen K2 und K3 geschlossen. Das Übersetzungsverhältnis i beträgt 0,789.
Um den neunten Vorwärtsgang V9 darzustellen, sind die erste Bremse B1 und die dritte Bremse B3 sowie die zweite Kupplung K2 geschlossen. Das Übersetzungsverhältnis i beträgt 0,628. Um den Rückwärtsgang darzustellen, sind die Bremsen B2, B3 sowie die Kupplung K3 geschlossen. Das Übersetzungsverhältnis i beträgt –3,076. Um den zusätzlichen Vorwärtsgang VZ darzustellen, sind die Bremse B1 sowie die Kupplungen K1, K2 geschlossen. Das Übersetzungsverhältnis i beträgt 0,916.
Der Gangsprung φ zwischen dem ersten Vorwärtsgang V1 und dem zweiten Vorwärtsgang V2 beträgt 1,553, zwischen dem zweiten Vorwärtsgang V2 und dem dritten Vorwärtsgang V3 1,392. Der Gangsprung φ zwischen dem dritten Vorwärtsgang V3 und dem vierten Vorwärtsgang V4 beträgt 1,508, zwischen dem vierten Vorwärtsgang V4 und dem fünften Vorwärtsgang V5 1,306. Der Gangsprung φ zwischen dem fünften Vorwärtsgang V5 und dem sechsten Vorwärtsgang V6 beträgt 1,269, zwischen dem sechsten Vorwärtsgang V6 und dem siebten Vorwärtsgang V7 1,117. Der Gangsprung φ zwischen dem siebten Vorwärtsgang V7 und dem achten Vorwärtsgang V8 beträgt 1,268, zwischen dem achten Vorwärtsgang V8 und dem neunten Vorwärtsgang V9 1,256. Der gesamte Gangsprung beträgt 9,619.
Der erste Planetenradsatz GP1 weist dabei eine Standübersetzung von i₀ = –3,900, der zweite Planetenradsatz GP2 eine Standübersetzung von i₀ = –1,500, der dritte Planetenradsatz GP3 eine Standübersetzung i₀ = –1,800 sowie der vierte Planetenradsatz GP4 eine Standübersetzung von i₀ = –2,400 auf.
3 zeigt ein Getriebe gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 3 ist ein Getriebe 1 gemäß 1 gezeigt. Im Unterschied zum Getriebe 1 gemäß 1 sind zwei Positionen A und B für die erste Kupplung K1 zu sehen, bei denen die erste Kupplung K1 wirkungsgleich zu der Position gemäß 1 angeordnet werden kann.
Die erste alternative Position A für die erste Kupplung K1 ist zwischen dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes GP2 und dem Steg 121 des ersten Planetenradsatzes GP1 auf der Welle W2, die zweite Position B für die erste Kupplung K1 ist auf der fünften Welle W5 zwischen dem Steg 122 des zweiten Planetenradsatzes GP2 und den gemeinsamen Hohlrädern 133, 134 des dritten Planetenradsatzes GP3 und des vierten Planetenradsatzes GP4. Die erste Kupplung K1 an der Position A ermöglicht bei Betätigung eine Kopplung des Steges 121 des ersten Planetenradsatzes GP1 mit dem Hohlrad 132 des zweiten Planetenradsatzes GP2. Der Steg 121 des ersten Planetenradsatzes GP1 ist wie vorstehend ausgeführt über die zweite Bremse B2 mit dem Gehäuse G ebenso wie die zweite Welle W2 mit dem Gehäuse G koppelbar.
4 zeigt ein Getriebe gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 4 ist die erste Kupplung K1 an der Position A gemäß 3, nun mit Bezugszeichen K1‘ bezeichnet, angeordnet. Der Steg 121 des ersten Planetenradsatzes GP1 ist mittels der ersten Kupplung K1‘ nun mit dem Hohlrad 132 des zweiten Planetenradsatzes GP2 koppelbar. Das Hohlrad 132 des zweiten Planetenradsatzes GP2 ist nun mittels der ersten Kupplung K1‘ mit der zweiten Welle W2 koppelbar.
5 zeigt ein Getriebe gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 5 ist die erste Kupplung K1 an der Position B gemäß 3, nun mit Bezugszeichen K1‘‘ bezeichnet, angeordnet. Der Steg 122 des zweiten Planetenradsatzes GP2 ist nun mittels der ersten Kupplung K1‘‘ mit der gemeinsamen Hohlradwelle mit Hohlrädern 133, 134 von drittem Planetenradsatz GP3 und von viertem Planetenradsatz GP4 koppelbar.
Insgesamt umfasst das Getriebe 1 gemäß der 1 bis 5 vier Planetenradsatzebenen GP1, GP2, GP3, GP4, sechs Schaltelemente B1, B2, B3, K1, K2, K3, wobei die Schaltelemente in Form von drei Kupplungen K1, K2, K3 und drei Bremsen B1, B2, B3 ausgebildet sind, mithin also die Anzahl der Kupplungen und der Bremsen gleich ist. Des Weiteren sind keinerlei feste Gehäusekopplungen vorhanden.
Als Anfahrelement für das Getriebe 1 können ein hydrodynamischer Drehmomentwandler, eine hydrodynamische Kupplung, eine zusätzliche Anfahrkupplung, eine integrierte Anfahrkupplung oder -bremse und/oder eine zusätzliche elektrische Maschine angeordnet werden. Auf jeder der acht Wellen W1 bis W8 kann eine elektrische Maschine oder sonstige Kraft-/Leistungsquelle angeordnet werden. Darüber hinaus kann auf jeder der Wellen W1 bis W8 oder jedem Verbindungselement ein Freilauf zum Gehäuse G oder zu einer anderen Welle W1, W2, W3, W4, W5, W6, W7, W8 angeordnet werden. Das Getriebe 1 kann bevorzugt in Standardantriebbauweise oder auch in Front-/Querbauweise in ein Kraftfahrzeug eingebaut werden. Als Schaltelemente sind reib- und/oder formschlüssige Schaltelemente möglich. Die zweite Bremse B2 und die erste Kupplung K1 können als formschlüssige, insbesondere als Klauenschaltelemente ausgeführt werden, was zu deutlichen Verbrauchsvorteilen eines mit dem Getriebe versehenen Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor führt.
Zusammenfassend bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil, dass ein geringer Bauaufwand für das Getriebe erforderlich ist, was in niedrigeren Herstellungskosten und niedrigerem Gewicht des Getriebes resultiert. Darüber hinaus bietet das Getriebe eine gute Übersetzungsreihe, niedrige Absolut- und Relativdrehzahlen sowie niedrige Planentensatz- und Schaltelementmomente. Darüber hinaus bietet die vorliegende Erfindung gute Verzahnungswirkungsgrade sowie eine sehr gute Erreichbarkeit sämtlicher Schaltelemente.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
So kann beispielsweise die geometrische Lage/Reihenfolge der einzelnen Planetenradsätze GP1, GP2, GP3, GP4 und der einzelnen Schaltelemente K1, K2, K3, B1, B2, B3 unter Berücksichtigung der Bindbarkeit der jeweiligen Getriebeelemente untereinander frei gewählt werden. Einzelne Getriebeelemente können so beliebig in ihrer Lage innerhalb des Getriebes 1 verschoben werden.
Weiterhin ist es möglich, unter Berücksichtigung der Bindbarkeit, einzelne oder mehrere als Minus-Planetenradsatz ausgebildete Planetenradsätze in Plus-Planetenradsätze umzuwandeln bei gleichzeitiger Vertauschung von Steg- und Hohlradanbindung und einer Erhöhung der Standübersetzung um 1.
Bezugszeichenliste

1: Getriebe
GP1, GP2, GP3, GP4: Planetenradsatz
101, 102, 103, 104: Sonnenrad
111, 112, 113, 114: Planetenrad
121, 122, 123, 124: Steg
131, 132, 133, 134: Hohlrad
ANW: Antriebswelle
AW: Abtriebswelle
B1, B2, B3: Bremse
K1, K2, K3: Kupplung
G: Gehäuse
V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8, V9, VZ: Vorwärtsgang
R: Rückwärtsgang
W1, W2, W3, W4, W5, W6, W7, W8: Welle
i: Übersetzung/Ratio
φ: Gangsprung/Step
A, B: Position Kupplung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2012/052284 A1 [0002]

Claims

Getriebe (1), insbesondere Mehrstufengetriebe, für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Gehäuse (G), eine Antriebswelle (ANW), eine Abtriebswelle (AW), zumindest vier Planetenradsätze (GP1, GP2, GP3, GP4), wobei die Planentenradsätze (GP1, GP2, GP3, GP4) jeweils ein Sonnenrad (101, 102, 103, 104), zumindest einen Planeten (111, 112, 113, 114), einen Planetenträger (121, 122, 123, 124) und ein Hohlrad (131, 132, 133, 134) umfassen, sowie mehrere Schaltelemente (K1, K2, K3, B1, B2, B3) in Form von zumindest drei Kupplungen (K1, K2, K3) und zumindest drei Bremsen (B1, B2, B3), dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (ANW) über die zweite Kupplung (K2) mit dem Planetenträger (121) des ersten Planetenradsatzes (GP1) verbindbar ist und der Planetenträger (121) des ersten Planetenradsatzes (GP1) mit der zweiten Bremse (B2) verbunden ist und das Hohlrad (131) des ersten Planetenradsatzes (GP1) mit dem Planetenträger (124) des vierten Planetenradsatzes (GP4) verbunden ist und der Planetenträger (124) des vierten Planetenradsatzes (GP4) mit dem Sonnenrad (103) des dritten Planetenradsatzes (GP3) verbunden ist und das Sonnenrad (104) des vierten Planetenradsatzes (GP4) mit der dritten Bremse (B3) verbunden ist und der Planetenträger (123) des dritten Planetenradsatzes (GP3) mit der Abtriebswelle (AW) verbunden ist und das Hohlrad (133) des dritten Planetenradsatzes (GP3) mit dem Hohlrad (134) des vierten Planetenradsatzes verbunden ist und die dritte Kupplung (K3) mit der ersten Bremse (B1) verbunden ist und die dritte Kupplung (K3) mit dem Sonnenrad (101) des ersten Planetenradsatzes (GP1) verbunden ist.
Getriebe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenradsätze (GP1, GP2, GP3, GP4), insbesondere geometrisch, hintereinander im Getriebe (1) angeordnet sind.
Getriebe gemäß einem der Ansprüche 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (121) des ersten Planetenradsatzes (GP1) über die erste Kupplung (K1‘) mit dem Hohlrad (132) des zweiten Planetenradsatzes (GP2) verbindbar ist.
Getriebe gemäß einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (122) des zweiten Planetenradsatzes (GP2) über die erste Kupplung (K1‘‘) mit dem Hohlrad (133) des dritten Planetenradsatzes (GP3) und dem Hohlrad (134) des vierten Planetenradsatzes (GP4) verbindbar ist.
Getriebe gemäß einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (ANW) mit dem Sonnenrad (102) des zweiten Planetenradsatzes (GP2) verbunden ist.
Getriebe gemäß einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (ANW) über die erste Kupplung (K1) mit dem Sonnenrad (102) des zweiten Planetenradsatzes (GP2) verbindbar ist.
Verfahren zum Betreiben eines Getriebes (1), insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1–6, mit drei Bremsen (B1, B2, B3) und drei Kupplungen (K1, K2, K3), dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Gang (V1) mittels offener erster Bremse (B1), geschlossener zweiter Bremse (B2), offener dritter Bremse (B3), geschlossener erster Kupplung (K1), offener zweiter Kupplung (K2) und geschlossener dritter Kupplung (K3) gebildet wird, und dass ein zweiter Gang (V2) mittels geschlossener erster Bremse (B1), geschlossener zweiter Bremse (B2), offener dritter Bremse (B3), geschlossener erster Kupplung (K1), offener zweiter Kupplung (K2) und offener dritter Kupplung (K3) gebildet wird, und dass ein dritter Gang (V3) mittels offener erster Bremse (B1), geschlossener zweiter Bremse (B2), geschlossener dritter Bremse (B3), geschlossener erster Kupplung (K1), offener zweiter Kupplung (K2) und offener dritter Kupplung (K3) gebildet wird, und dass ein vierter Gang (V4) mittels geschlossener erster Bremse (B1), offener zweiter Bremse (B2), geschlossener dritter Bremse (B3), geschlossener erster Kupplung (K1), offener zweiter Kupplung (K2) und offener dritter Kupplung (K3) gebildet wird und dass ein fünfter Gang (V5) mittels offener erster Bremse (B1), offener zweiter Bremse (B2), geschlossener dritter Bremse (B3), geschlossener erster Kupplung (K1), offener zweiter Kupplung (K2) und geschlossener dritter Kupplung (K3) gebildet wird, und dass ein sechster Gang (V6) mittels offener erster Bremse (B1), offener zweiter Bremse (B2), geschlossener dritter Bremse (B3), geschlossener erster Kupplung (K1), geschlossener zweiter Kupplung (K2) und offener dritter Kupplung (K3) gebildet wird, und dass ein siebter Gang (V7) mittels offener erster Bremse (B1), offener zweiter Bremse (B2), offener dritter Bremse (B3), geschlossener erster Kupplung (K1), geschlossener zweiter Kupplung (K2) und geschlossener dritter Kupplung (K3) gebildet wird, und dass ein achter Gang (V8) mittels offener erster Bremse (B1), offener zweiter Bremse (B2), geschlossener dritter Bremse (B3), offener erster Kupplung (K1), geschlossener zweiter Kupplung (K2) und geschlossener dritter Kupplung (K3) gebildet wird, und dass ein neunter Gang (V9) mittels geschlossener erster Bremse (B1), offener zweiter Bremse (B2), geschlossener dritter Bremse (B3), offener erster Kupplung (K1), geschlossener zweiter Kupplung (K2) und offener dritter Kupplung (K3) gebildet wird und dass ein Rückwärtsgang (R) mittels offener erster Bremse (B1), geschlossener zweiter Bremse (B2), geschlossener dritter Bremse (B3), offener erster Kupplung (K1), offener zweiter Kupplung (K2) und geschlossener dritter Kupplung (K3) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzlicher Gang (VZ) mittels geschlossener erster Bremse (B1), offener zweiter Bremse (B2), offener dritter Bremse (B3), geschlossener erster Kupplung (K1), geschlossener zweiter Kupplung (K2) und offener dritter Kupplung (K3) gebildet wird.
Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personen- oder ein Lastkraftwagen, mit einem Getriebe (1) gemäß einem der Ansprüche 1–6.