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Die Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere ein Automatgetriebe für ein Kraftfahrzeug, mit einer Antriebswelle, einer Abtriebswelle, vier Planetensätzen, drei lösbaren Kupplungen, drei lösbaren Bremsen und einem Gehäuse.
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Derartige Getriebe sind aus dem Stand der Technik bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe der eingangs genannten Art unter Umgehung der den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile zu entwickeln. Insbesondere soll der Wirkungsgrad des Getriebes verbessert und dessen Bauraumbedarf verringert werden.
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Diese Aufgabe wird durch ein Getriebe nach Anspruch 1 oder 2 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Die Antriebswelle ist drehfest mit dem Steg des dritten Planetensatzes und dem Sonnenrad des vierten Planetensatzes verbunden. Die erste Kupplung ist ausgebildet, den Steg des dritten Planetensatzes und das Sonnenrad des vierten Planetensatzes drehfest mit dem Sonnenrad des zweiten Planetensatzes zu verbinden. Die zweite Kupplung ist ausgebildet, das Sonnenrad des zweiten Planetensatzes drehfest mit dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes zu verbinden. Das Hohlrad des ersten Planetensatzes ist drehfest mit dem Hohlrad des vierten Planetensatzes verbunden. Die dritte Kupplung ist ausgebildet, den Steg des zweiten Planetensatzes drehfest mit dem Hohlrad des ersten Planetensatzes und dem Hohlrad des vierten Planetensatzes zu verbinden. Das Hohlrad des zweiten Planetensatzes ist drehfest mit dem Steg des ersten Planetensatzes verbunden. Die zweite Bremse ist ausgebildet, das Hohlrad des zweiten Planetensatzes und den Steg des ersten Planetensatzes drehfest mit dem Gehäuse zu verbinden. Die dritte Bremse ist ausgebildet, das Sonnenrad des ersten Planetensatzes drehfest mit dem Gehäuse zu verbinden. Die Abtriebswelle ist drehfest mit dem Steg des vierten Planetensatzes verbunden.
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Ein Schaltelement ist so ausgebildet, dass der dritte Planetensatz ein Drehmoment übertragen kann, wenn das Schaltelement geschlossen ist. Ist hingegen das Schaltelement geöffnet, kann am dritten Planetensatz kein Drehmoment übertragen werden. Dies lässt sich realisieren, indem das Schaltelement bei auf das Sonnenrad oder das Hohlrad des dritten Planetensatzes wirkt.
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So ist das Schaltelement bei einem ersten erfindungsgemäßen Getriebe als erste Bremse ausgebildet, die das Sonnenrad des dritten Planetensatzes drehfest mit dem Gehäuse verbinden kann. Der Steg des zweiten Planetensatzes ist dabei drehfest mit dem Hohlrad des dritten Planetensatzes verbunden. Dies impliziert, dass die dritte Kupplung nicht nur den Steg des zweiten Planetensatzes, sondern auch das Hohlrad des dritten Planetensatzes drehfest mit dem Hohlrad des ersten Planetensatzes und dem Hohlrad des vierten Planetensatzes verbinden kann.
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Bei einem zweiten erfindungsgemäßen Getriebe ist das Schaltelement als vierte Kupplung ausgebildet, die den Steg des zweiten Planetensatzes drehfest mit dem Hohlrad des dritten Planetensatzes verbinden kann. Das Sonnenrad des dritten Planetensatzes ist dabei drehfest mit dem Gehäuse verbunden.
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Bei der Antriebswelle handelt es sich um eine Welle, die einen Drehmomentfluss in das Getriebe hineinleitet. Entsprechend handelt es sich bei der Abtriebswelle um eine Welle, die den Drehmomentfluss aus dem Getriebe hinausleitet. Im Falle eines Kraftfahrzeugs leitet die Antriebswelle ein Drehmoment von einem Motor zu dem Getriebe. Die Abtriebswelle leitet ein Drehmoment von dem Getriebe zu mindestens einem Rad.
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Mit Kupplungen und Bremsen werden Schaltelemente bezeichnet, die ausgebildet sind, um eine drehfeste Verbindung zwischen zwei relativ zueinander verdrehbaren Komponenten herzustellen. Bei Klauenschaltelementen entsteht diese Verbindung durch Formschluss, bei Lamellenschaltelementen durch Kraftschluss. Weiterhin bezeichnet eine Bremse ein Schaltelement, das ausgebildet ist, eine gegenüber dem Gehäuse verdrehbare Komponente drehfest an dem Gehäuse zu fixieren. Eine Kupplung bezeichnet ein Schaltelement, das ausgebildet ist, zwei relativ zueinander sowie relativ zu dem Gehäuse verdrehbare Komponenten relativ zueinander zu fixieren. Relativ zu dem Gehäuse bleiben die beiden Komponenten dabei verdrehbar.
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Die drei Kupplungen und die drei Bremsen sind lös- bzw. schaltbar. Dies bedeutet, dass die durch die drei Kupplungen und die drei Bremsen hergestellten drehfesten Verbindungen während des Betriebs des Getriebes gelöst werden können. Weiterhin ist es während des Betriebs des Getriebes möglich, nachdem eine der drehfesten Verbindungen gelöst wurde, diese Verbindung wiederherzustellen. Die drei Kupplungen und die drei Bremsen können also von einem geschlossenen Zustand, in dem eine drehfeste Verbindung besteht, in einen geöffneten Zustand, in dem die drehfeste Verbindung gelöst ist, überführt und von dem geöffneten Zustand wiederum in den geschlossenen Zustand überführt werden.
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Die drei Kupplungen und drei Bremsen können sowohl als kraft- oder formschlüssiges Schaltelement ausgeführt werden. Bei einem kraftschlüssigen Schaltelement kommt eine drehfeste Verbindung durch einen Kraftschluss zustande. Entsprechend kommt bei einem formschlüssigen Schaltelement die drehfeste Verbindung durch einen Formschluss zustande. Als kraftschlüssige Schaltelemente eignen sich insbesondere Lamellenschaltelemente, als formschlüssige Schaltelemente Klauenschaltelemente.
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Die Erfindung ermöglicht es, Klauenschaltelemente als zweite Bremse und als dritte Kupplung zu verwenden. Dies führt zu einer Reduktion der Schleppverluste und damit zu einem verbesserten internen Wirkungsgrad. Weiterhin ermöglicht dies eine besonders kompakte Gestaltung des Getriebes. Die erste Kupplung, die zweite Kupplung, die erste Bremse bzw. die vierte Kupplung und die dritte Bremse sind dabei bevorzugt als Lamellenschaltelemente ausgeführt.
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Bei den vier Planetensätzen handelt es sich vorzugsweise um Minus-Planetensätze. Ein Minus-Planetensatz weist ein Sonnenrad, einen Steg, mehrere Planetenräder und ein Hohlrad auf. Die Planetenräder sind drehbar in dem Steg gelagert. Weiterhin kämmt jedes der Planetenräder sowohl mit dem Hohlrad als auch mit dem Sonnenrad. Das Sonnenrad, der Steg und das Hohlrad sind um eine gemeinsame Drehachse drehbar gelagert.
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Sofern es die Bindbarkeit zulässt, können einzelne oder mehrere der vier Planetensätze in Plus-Planetensätze umgewandelt werden, indem die Steg- und Hohlradanbindung getauscht und der Betrag der Standardübersetzung um eins erhöht wird.
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Das Getriebe lässt sich in bevorzugten Weiterbildungen in Koaxialbauweise oder in Front-Querbauweise ausführen. Bei einer Weiterbildung in Koaxialbauweise sind die Antriebswelle und die Abtriebswelle getrennt voneinander angeordnet. Der Drehmomentfluss entlang der Antriebswelle verläuft in die gleiche Richtung wie der Drehmomentfluss entlang der Abtriebswelle. In Richtung des Drehmomentflusses ist die Abtriebswelle hinter der Antriebswelle angeordnet. In radialer Richtung überdecken sich die Antriebswelle und die Abtriebswelle nicht.
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Bei einer Weiterbildung des Getriebes in Front-Querbauweise ist hingegen die Abtriebswelle als Hohlwelle ausgeführt, durch welche die Antriebswelle hindurch verläuft. Mindestens teilweise verläuft also die Antriebswelle innerhalb der Abtriebswelle. Innerhalb des Getriebes findet eine Umkehr der Richtung des Drehmomentflusses statt. Der Drehmomentfluss entlang der Abtriebswelle verläuft also in entgegengesetzter Richtung zum Drehmomentfluss entlang der Antriebswelle. Um weitere Antriebskomponenten an das Getriebe koppeln zu können, ist die Abtriebswelle bei Front-Querbauweise vorzugsweise mit einem Stirnrad versehen.
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Durch Öffnen und Schließen der Kupplungen und Bremsen lassen sich verschiedene Gänge realisieren. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann ein erster Gang durch Öffnen der ersten Bremse bzw. vierten Kupplung, Schließen der zweiten Bremse, Öffnen der dritten Bremse, Schließen der ersten Kupplung, Schließen der zweiten Kupplung und Öffnen der dritten Kupplung realisiert werden. Ein zweiter Gang lässt sich auf insgesamt sechs verschiedene Arten realisieren. So ist es möglich, den zweiten Gang durch Öffnen der ersten Bremse bzw. vierten Kupplung, Schließen der zweiten Bremse, Öffnen der dritten Bremse, Öffnen der ersten Kupplung, Schließen der zweiten Kupplung und Schließen der dritten Kupplung, oder durch Öffnen der ersten Bremse bzw. vierten Kupplung, Schließen der zweiten Bremse, Schließen der dritten Bremse, Öffnen der ersten Kupplung, Schließen der zweiten Kupplung und Öffnen der dritten Kupplung, oder durch Öffnen der ersten Bremse bzw. vierten Kupplung, Öffnen der zweiten Bremse, Schließen der dritten Bremse, Öffnen der ersten Kupplung, Schließen der zweiten Kupplung und Schließen der dritten Kupplung, oder durch Schließen der ersten Bremse bzw. vierten Kupplung, Schließen der zweiten Bremse, Schließen der dritten Bremse, Öffnen der ersten Kupplung, Öffnen der zweiten Kupplung und Öffnen der dritten Kupplung, oder durch Öffnen der ersten Bremse bzw. vierten Kupplung, Schließen der zweiten Bremse, Schließen der dritten Bremse, Öffnen der ersten Kupplung, Öffnen der zweiten Kupplung und Schließen der dritten Kupplung, oder durch Öffnen der ersten Bremse bzw. vierten Kupplung, Schließen der zweiten Bremse, Schließen der dritten Bremse, Schließen der ersten Kupplung, Öffnen der zweiten Kupplung und Öffnen der dritten Kupplung realisieren. Ein dritter Gang lässt sich durch Öffnen der ersten Bremse bzw. vierten Kupplung, Schließen der zweiten Bremse, Öffnen der dritten Bremse, Schließen der ersten Kupplung, Öffnen der zweiten Kupplung und Schließen der dritten Kupplung realisieren, ein vierter Gang durch Öffnen der ersten Bremse bzw. vierten Kupplung, Öffnen der zweiten Bremse, Schließen der dritten Bremse, Schließen der ersten Kupplung, Öffnen der ersten Kupplung und Schließen der dritten Kupplung, und ein fünfter Gang durch Öffnen der ersten Bremse bzw. vierten Kupplung, Öffnen der zweiten Bremse, Öffnen der dritten Bremse, Schließen der ersten Kupplung, Schließen der zweiten Kupplung und Schließen der dritten Kupplung. Ein sechster Gang lässt sich auf vier verschiedene Weisen realisieren: durch Schließen der ersten Bremse bzw. vierten Kupplung, Öffnen der zweiten Bremse, Öffnen der dritten Bremse, Öffnen der ersten Kupplung, Schließen der zweiten Kupplung und Schließen der dritten Kupplung, durch Schließen der ersten Bremse bzw. vierten Kupplung, Schließen der zweiten Bremse, Öffnen der dritten Bremse, Öffnen der ersten Kupplung, Öffnen der zweiten Kupplung und Schließen der dritten Kupplung, durch Schließen der ersten Bremse bzw. vierten Kupplung, Öffnen der zweiten Bremse, Schließen der dritten Bremse, Öffnen der ersten Kupplung, Öffnen der zweiten Kupplung und Schließen der dritten Kupplung, oder durch Schließen der ersten Bremse bzw. vierten Kupplung, Öffnen der zweiten Bremse, Öffnen der dritten Bremse, Schließen der ersten Kupplung, Öffnen der zweiten Kupplung und Schließen der dritten Kupplung. Ein siebter Gang lässt sich realisieren durch Schließen der ersten Bremse bzw. vierten Kupplung, Öffnen der zweiten Bremse, Öffnen der dritten Bremse, Schließen der ersten Kupplung, Schließen der zweiten Kupplung und Öffnen der dritten Kupplung, ein achter Gang durch Schließen der ersten Bremse bzw. vierten Kupplung, Öffnen der zweiten Bremse, Schließen der dritten Bremse, Schließen der ersten Kupplung, Öffnen der zweiten Kupplung und Öffnen der dritten Kupplung, ein neunter Gang durch Schließen der ersten Bremse bzw. vierten Kupplung, Öffnen der zweiten Bremse, Schließen der dritten Bremse, Öffnen der ersten Kupplung, Schließen der zweiten Kupplung und Öffnen der dritten Kupplung. Durch Schließen der ersten Bremse bzw. vierten Kupplung, Schließen der zweiten Bremse, Öffnen der dritten Bremse, Öffnen der ersten Kupplung, Schließen der zweiten Kupplung und Öffnen der dritten Kupplung lässt sich ein Rückwärtsgang realisieren.
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Der Quotient aus der Drehzahl der Antriebswelle und der Drehzahl der Abtriebswelle wird als Übersetzung bezeichnet. Vorzugsweise bilden die Gänge des Getriebes eine Übersetzungsreihe, wobei die Übersetzung des ersten Gangs größer ist als die Übersetzung des zweiten Gangs, die Übersetzung des zweiten Gangs größer als die Übersetzung des dritten Gangs, die Übersetzung des dritten Gangs größer als die Übersetzung des vierten Gangs, die Übersetzung des vierten Gangs größer als die Übersetzung des fünften Gangs, die Übersetzung des fünften Gangs größer als die Übersetzung des sechsten Gangs, die Übersetzung des sechsten Gangs größer als die Übersetzung des siebten Gangs, die Übersetzung des siebten Gangs größer als die Übersetzung des achten Gangs, die Übersetzung des achten Gangs größer als die Übersetzung des neunten Gangs und die Übersetzung des neunten Gangs größer als die Übersetzung des zehnten Gangs ist. Weiterhin sind die Übersetzungen der genannten Gänge positiv. Die Übersetzungen des Rückwärtsgangs hingegen ist negativ.
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In den verbrauchsrelevanten Gängen sieben, acht und neun sind die zweite Bremse und die dritte Kupplung geöffnet. Selbst wenn die erste Bremse bzw. die vierte Kupplung, die dritte Bremse, die erste Kupplung und die zweite Kupplung als Lamellenschaltelemente ausgeführt werden, ist in diesen Gängen jeweils nur ein Lamellenschaltelement geöffnet. Dies führt insbesondere in den verbrauchsrelevanten Gängen zu einem sehr guten Wirkungsgrad.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Dabei kennzeichnen übereinstimmende Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Merkmale.
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Im Einzelnen zeigt
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1 ein Getriebe in Koaxialbauweise mit einer ersten Bremse;
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2 ein entsprechendes Getriebe in Front-Querbauweise;
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3 ein Getriebe in Koaxialbauweise mit einer vierten Kupplung; und
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4 ein entsprechendes Getriebe in Front-Querbauweise.
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Gemäß 1 sind die erste Kupplung K1, der Steg des dritten Planetensatzes P3 und das Sonnenrad des vierten Planetensatzes P4 auf der Antriebswelle 102 angeordnet. Die Antriebswelle 102 verbindet also die erste Kupplung K1, den Steg des dritten Planetensatzes P3 und das Sonnenrad des vierten Planetensatzes P4 drehfest miteinander.
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Eine erste Welle 104 nimmt die erste Kupplung K1, das Sonnenrad des zweiten Planetensatzes P2 und die zweite Kupplung K2 auf. Hierdurch entsteht eine drehfeste Verbindung zwischen der ersten Kupplung K1, dem Sonnenrad des zweiten Planetensatzes P2 und der zweiten Kupplung K2.
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Durch Schließen der ersten Kupplung K1 entsteht darüber hinaus eine drehfeste Verbindung zwischen der Antriebswelle 102 und der ersten Welle 104.
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Auf einer zweiten Welle 106 sind die zweite Kupplung K2, das Sonnenrad des ersten Planetensatzes P1 und eine dritte Bremse B3 angeordnet, so dass zwischen der zweiten Kupplung K2, dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes P1 und der dritten Bremse B3 eine drehfeste Verbindung entsteht.
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Die zweite Kupplung K2 ist so ausgebildet, dass sie im geschlossenen Zustand eine drehfeste Verbindung zwischen der ersten Welle 104 und der zweiten Welle 106 herstellt.
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Die dritte Bremse B3 wiederum ist in dem Getriebegehäuse 108 fixiert. Durch Schließen der dritten Bremse B3 entsteht daher eine drehfeste Verbindung zwischen der zweiten Welle 106 und dem Getriebegehäuse 108.
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Die erste Bremse B1 ist zusammen mit dem Sonnenrad des dritten Planetensatzes P3 drehfest auf einer dritten Welle 110 angeordnet. Weiterhin ist die erste Bremse B1 in dem Getriebegehäuse 108 fixiert. Somit entsteht durch Schließen der ersten Bremse B1 eine drehfeste Verbindung zwischen der dritten Welle 110 und dem Gehäuse 108.
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Auf einer vierten Welle 112 sind das Hohlrad des ersten Planetensatzes P1, die dritte Kupplung K3 und das Hohlrad des vierten Planetensatzes P4 angeordnet. Weiterhin ist die dritte Kupplung K3 zusammen mit dem Steg des zweiten Planetensatzes P2 und dem Hohlrad des dritten Planetensatzes P3 auf einer fünften Welle 114 angeordnet. Die vierte Welle 112 verbindet das Hohlrad des ersten Planetensatzes, die dritte Kupplung K3 und das Hohlrad des vierten Planetensatzes P4 drehfest miteinander. Entsprechend verbindet die fünfte Welle 114 den Steg des zweiten Planetensatzes P2, die dritte Kupplung K3 und das Hohlrad des dritten Planetensatzes P3 drehfest miteinander.
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Die dritte Kupplung K3 ist entsprechend ausgebildet, in geschlossenem Zustand eine drehfeste Verbindung zwischen der vierten Welle 112 und der fünften Welle 114 herzustellen.
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Die zweite Bremse B2, der Steg des ersten Planetensatzes P1 und das Hohlrad des zweiten Planetensatzes P2 sind auf einer sechsten Welle 116 angeordnet. Die sechste Welle 116 verbindet die zweite Bremse B2, der Steg des ersten Planetensatzes P1 und das Hohlrad des zweiten Planetensatzes P2 drehfest. Weiterhin ist die zweite Bremse 116 in dem Getriebegehäuse 108 fixiert. Durch Schließen der zweiten Bremse 116 entsteht also eine drehfeste Verbindung zwischen der sechsten Welle 116 und dem Getriebegehäuse 108.
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Der Steg des vierten Planetensatzes P4 schließlich ist auf der Abtriebswelle 118 angeordnet und drehfest mit dieser verbunden.
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In Richtung des Drehmomentflusses der Antriebswelle 102 und des Drehmomentflusses der Abtriebswelle 118 sind die einzelnen Komponenten des Getriebes in axialer Reihenfolge wie folgt angeordnet. Auf die erste Bremse B1 folgt die dritte Bremse B3, darauf die zweite Bremse B2, darauf der erste Planetensatz P1, darauf die zweite Kupplung K2, darauf der zweite Planetensatz P2, darauf die dritte Kupplung K3, darauf die erste Kupplung K1, darauf der dritte Planetensatz P3 und darauf der vierte Planetensatz P4.
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Die Anordnung der Bremsen B1, B2, B3, der Kupplungen K1, K2, K3 sowie der Sonnenräder, Stege und Hohlräder der Planetensätze P1, P2, P3, P4 auf den Wellen 104, 106, 110, 112, 114 gemäß 2 entspricht der Darstellung in 1. Im Unterschied zu 1 allerdings ist die Abtriebswelle 118 gemäß 2 als Hohlwelle ausgebildet, die um die Antriebswelle 102 herum verläuft. Der Drehmomentfluss entlang der Abtriebswelle 118 verläuft entgegengesetzt zu dem Drehmomentfluss entlang der Antriebswelle. Weiterhin ist die Abtriebswelle 118 mit einem Stirnrad 202 versehen.
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Auch die axiale Anordnung der einzelnen Komponenten des Getriebes in 2 unterscheidet sich von 1. So folgt in Richtung des Drehmomentflusses der Antriebswelle und entsprechend entgegen dem Drehmomentfluss der Abtriebswelle auf die erste Bremse B1 der vierte Planetensatz P4, darauf der dritte Planetensatz P3, darauf die dritte Kupplung K3, darauf der zweite Planetensatz P2, darauf der erste Planetensatz P1, darauf die zweite Bremse B2, darauf die dritte Bremse B3, darauf die zweite Kupplung K2 und darauf die erste Kupplung K1.
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Bei dem in 3 dargestellten Getriebe Wurde statt der ersten Bremse B1 hier eine vierte Kupplung B1’ verbaut. Die ’vierte Kupplung B1’ ist nicht auf der dritten Welle 110 angeordnet, sondern auf der fünften Welle 114. Weiterhin ist die dritte Welle 110 drehfest mit dem Gehäuse 108 verbunden, so dass eine drehfeste Verbindung zwischen dem Sonnenrad des dritten Planetensatzes P3 und dem Gehäuse 108 entsteht. Die fünfte Welle 114 verbindet den Steg des zweiten Planetensatzes P2, die dritte Kupplung K3 und die ’vierte Kupplung B1’ drehfest miteinander. Eine siebte Welle 302 ist vorgesehen, um die vierte Kupplung B1’ drehfest mit dem Hohlrad des dritten Planetensatzes P3, das gemäß 3 nicht auf der fünften Welle 114 angeordnet ist, zu verbinden. Durch Schließen der vierten Kupplung B1’ entsteht eine drehfeste Verbindung zwischen der fünften Welle 114 und der siebten Welle 302.
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Dieselben Modifikationen hinsichtlich des Ersatzes der der ersten Bremse B1 durch die vierte Kupplung B1’, die das in 3 dargestellte Getriebe gegenüber 1 erfahren hat, wurden bei dem in 4 dargestellten Getriebe gegenüber 2 durchgeführt. Somit entspricht die axiale Anordnung der einzelnen Komponenten gemäß 4 der in 2 dargestellten Anordnung. Auch führt die Antriebswelle 102 durch die als Hohlwelle ausgeführte Abtriebswelle 118 hindurch.
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Die Schaltmatrix in 5 zeigt, wie durch Öffnen und Schließen der Bremsen B1, B2, B3 und der Kupplungen K1, K2, K3 neun Vorwärts- und ein Rückwärtsgang realisiert werden können. Ein X kennzeichnet dabei ein geschlossenes Schaltelement. Ein freies Feld kennzeichnet entsprechend ein geöffnetes Schaltelement. Für einen zweiten Gang sind sechs alternative Realisierungsformen – die Gänge 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5 und 2.6 – dargestellt, für einen sechsten Gang vier alternative Realisierungsformen – die Gänge 6.1, 6.2, 6.3 und 6.4.
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Bezugszeichenliste
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- 102
- Antriebswelle
- 104
- erste Welle
- 106
- zweite Welle
- 108
- Getriebegehäuse
- 110
- dritte Welle
- 112
- vierte Welle
- 114
- fünfte Welle
- 116
- sechste Welle
- 118
- Abtriebswelle
- 302
- siebte Welle
- B1
- erste Bremse
- B2
- zweite Bremse
- B3
- dritte Bremse
- K1
- erste Kupplung
- K2
- zweite Kupplung
- K3
- dritte Kupplung
- B1’
- vierte Kupplung
- P1
- erster Planetensatz
- P2
- zweiter Planetensatz
- P3
- dritter Planetensatz
- P4
- vierter Planetensatz
