DE102015226289A1

DE102015226289A1 - Lastschaltbares Mehrstufengetriebe in Planetenradbauweise, insbesondere für einen verbrennungsmotorischen und/oder elektromotorischen Antrieb eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102015226289A1
Application number: DE102015226289.8A
Authority: DE
Inventors: Stefan Beck; Marc Seeberger; Michael Wechs; Wolfgang Rieger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2017-06-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein lastschaltbares Mehrstufengetriebe (100; 200) in Planetenradbauweise, insbesondere für einen verbrennungsmotorischen und/oder elektromotorischen Antrieb eines Kraftfahrzeuges, mit Gangstufen für mehrere Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang und aufweisend • eine Antriebswelle (1) als erste Welle und eine Abtriebswelle (2) als zweite Welle, • zwei miteinander gekoppelte oder koppelbare Planetenradsätze (RS1, RS2), welche jeweils wenigstens drei Getriebeglieder als 1. Getriebeglied (1.1; 2.1), 2. Getriebeglied (1.2; 2.2) und 3. Getriebeglied (1.3; 2.3) haben, und • mehrere den Planetenradsätzen (RS1, RS2) zugeordnete Schaltelemente (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70), deren selektives Schalten ein den jeweiligen Gangstufen zukommendes Übersetzungsverhältnis zwischen der Antriebswelle (1) und der Abtriebswelle (2) bewirkt. Es ist vorgesehen, dass eines der Getriebeglieder (1.1, 1.2, 1.3) des ersten Planetenradsatzes (RS1) und eines der Getriebeglieder (2.1, 2.2, 2.3) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) mit einer gemeinsamen Welle (7) drehfest verbunden sind, welche über wenigstens eines der Schaltelemente (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70) mit einem gehäusefesten Bauteil (G) wirkverbindbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein lastschaltbares Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere für einen verbrennungsmotorischen und/oder elektromotorischen Antrieb eines Kraftfahrzeuges.
Ein derartiges Mehrstufengetriebe wird üblicherweise auch als Automatikgetriebe oder Automatgetriebe bezeichnet. Es wird beispielsweise im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen eingesetzt und ermöglicht eine automatisierte Schaltung seiner Gänge. Bei Kraftfahrzeugen kommen solche Mehrstufengetriebe bisher vorrangig im Premiumsegment zum Einsatz. Die Mehrstufengetriebe weisen mittlerweile eine relativ große Anzahl an Gangstufen auf, um der Anforderung eines verminderten CO2-Ausstoßes des Kraftfahrzeuges gerecht zu werden. Die Mehrstufengetriebe sind dadurch räumlich relativ aufbauend. Auch sind die zugrunde liegenden Getriebekonzepte dadurch relativ komplex und somit aufwändig und teuer.
Einer Ausführungsform der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehrstufengetriebe der eingangs genannten Art bereit zu stellen, welches kompakt baut, sich leicht ansteuern lässt und einfach und kostengünstig zu realisieren ist, beispielsweise um es in Klein- und/oder Kompaktwagen einsetzen zu können.
Diese Aufgabe wird mit einem Mehrstufengetriebe gelöst, welches die Merkmale des Anspruches 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist ein lastschaltbares Mehrstufengetriebe in Planetenradbauweise mit Gangstufen für mehrere Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang, insbesondere mechanischen Gangstufen, vorgesehen. Insbesondere ist das Mehrstufengetriebe für einen verbrennungsmotorischen und/oder elektromotorischen Antrieb beispielsweise eines Kraftfahrzeuges geeignet. Beispielsweise ist das Mehrstufengetriebe für eine Anbindung an eine Verbrennungskraftmaschine und/oder eine Elektromaschine ausgebildet. Insofern kann das Mehrstufengetriebe Bestandteil eines reinen verbrennungsmotorischen Antriebes oder eines reinen elektromotorischen Antriebes sein oder das Getriebe eines Hybridantriebes sein.
Das Mehrstufengetriebe weist eine Antriebswelle als erste Welle und eine Abtriebswelle als zweite Welle auf. Ferner weist das Mehrstufengetriebe zwei miteinander gekoppelte oder koppelbare Planetenradsätze mit jeweils wenigstens drei Getriebegliedern als 1. Getriebeglied, 2. Getriebeglied und 3. Getriebeglied auf. Darüber hinaus weist das Mehrstufengetriebe mehrere den Planetenradsätzen zugeordnete Schaltelemente auf, deren selektives Schalten ein den jeweiligen Gangstufen zukommendes Übersetzungsverhältnis zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle bewirkt.
Es ist vorgesehen, dass eines der Getriebeglieder des ersten Planetenradsatzes und eines der Getriebeglieder des zweiten Planetenradsatzes mit einer gemeinsamen Welle drehfest verbunden sind, welche über wenigstens eines der Schaltelemente mit einem gehäusefesten Bauteil wirkverbindbar ist, insbesondere drehfest verbindbar ist. Dadurch ist eine Bauteilintegration realisiert, da ein Festhalten der beiden Getriebeglieder gegen das gehäusefeste Bauteil über lediglich die eine gemeinsame Welle und nicht über jeweils eine mit einem der beiden Getriebeglieder fest verbundene Welle erfolgt. Insofern ist eine Welle eingespart, wodurch sich ein Platz- und Kostenvorteil ergibt und das Mehrstufengetriebe insgesamt in seinem Aufbau vereinfach ist.
Auch durch die Maßnahme, dass für die Gangstufen zwei Planetenradsätze, insbesondere nur zwei Planetenradsätze, vorgesehen sind, ist ein einfacher Aufbau des Mehrstufengetriebes erreicht. Die Planetenradsätze selbst ermöglichen zudem eine kompakte Bauweise des Getriebes.
Das gehäusefeste Bauteil kann ein Teil des Gehäuses des Mehrstufengetriebes sein, beispielsweise indem es an dem Gehäuse angeformt ist. Auch kann das gehäusefeste Bauteil ein separates Bauteil sein, welches mit dem Gehäuse des Mehrstufengetriebes gehäusefest verbunden ist, beispielsweise lösbar verbunden ist. Unter Getriebeglieder des Mehrstufengetriebes, welche mit einer der Wellen des Mehrstufengetriebes drehfest verbunden sind, ist insbesondere zu verstehen, dass eine feste Verbindung, beispielsweise eine dauerhaft feste Verbindung besteht, vorzugsweise ohne Zwischenschaltung eines Schaltelementes.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das 1. Getriebeglied des ersten Planetenradsatzes und das 1. Getriebeglied des zweiten Planetenradsatzes mit der gemeinsamen Welle drehfest verbunden sind, welche über das wenigstens eine der Schaltelemente mit dem gehäusefesten Bauteil wirkverbindbar ist. Dadurch können die beiden Getriebeglieder in einem gemeinsamen Bauteil realisiert sein, denn beide Getriebeglieder sind in ihrer Drehzahl identisch zueinander, weisen also im Betrieb des Mehrstufengetriebes keinen Drehzahlunterschied relativ zueinander auf. Durch das gemeinsame Bauteil wiederum ist eine Bauteil- und Kosteneinsparung erreicht. Auch ergibt sich ein Bauraumvorteil. Indem zueinander gleichartige Getriebeglieder der beiden Planetenradsätze mit der gemeinsamen Welle fest verbunden sind, lässt sich das gemeinsame Bauteil in technisch einfacher Weise realisieren.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind wenigstens zwei der Schaltelemente als Bremse ausgebildet, mittels welchen das 1. Getriebeglied oder das 2. Getriebeglied oder das 3. Getriebeglied der Planetenradsätze mit dem gehäusefesten Bauteil oder einem gehäusefesten Bauteil wirkverbindbar ist, insbesondere drehfest verbindbar ist, beispielsweise gegen das gehäusefeste Bauteil direkt oder indirekt abbremsbar ist. Dadurch lassen sich zumindest diese Schaltelemente in konstruktiv und technisch einfacher Art und Weise ansteuern, denn Betriebsmittel führende Leitungen zum Betätigen dieser Schaltelemente können vom Gehäuse kommend angeordnet werden. Die Betriebsmittelleitungen können dadurch zumindest teilweise auf kurzem Wege aus dem Gehäuse des Mehrstufengetriebes herausgeführt werden.
Auch ist dadurch die Betriebsmittelversorgung für das Schaltelement von außen leicht zugänglich. Darüber hinaus ist durch die relativ hohe Anzahl an Schaltelementen, welche als Bremse ausgebildet sind, das Mehrstufengetriebe zumindest in axialer Richtung hinsichtlich des Bauraumes relativ kompakt zu realisieren. Unter einem als Bremse ausgebildeten Schaltelement ist insbesondere ein Schaltelement zu verstehen, welches gegen ein feststehendes Bauteil, wie beispielsweise das gehäusefeste Bauteil, wirkt.
Es bietet sich an, dass wenigstens zwei der Schaltelemente als formschlüssiges Schaltelement, insbesondere Klauenschaltelement, ausgebildet sind. Dadurch ist das Schaltelement relativ kostengünstig zu realisieren. Darüber hinaus können formschlüssige Schaltelemente relativ kompakt ausgeführt werden, beispielsweise wenn die Schaltelemente als Klauenschaltelement vorliegen und beispielsweise relativ kleine Durchmesser zu realisieren sind. Es ist dadurch zumindest in axialer Richtung ein kompakter Aufbau des Mehrstufengetriebes möglich, insbesondere wenn das Mehrstufengetriebe auf einem relativ kleinen Durchmesser aufgebaut werden soll.
Durch die Ausgestaltung zumindest eines Teiles der Schaltelemente als formschlüssiges Schaltelement und/oder Bremse ist bei den zwei vorgesehenen Planetenradstufen für die Gangstufen eine hohe Lastschaltfähigkeit erreicht. Darüber hinaus kann für die jeweilige Gangstufe eine optimale Übersetzung realisiert werden, so dass sich insgesamt eine relativ harmonische Übersetzungsreihe ergibt.
Es kann vorgesehen sein, dass wenigstens eines der formschlüssigen Schaltelemente das als Bremse ausgebildete Schaltelement bilden, mittels welchem das 1. Getriebeglied oder das 2. Getriebeglied oder das 3. Getriebeglied der Planetenradsätze mit dem gehäusefesten Bauteil wirkverbindbar ist, insbesondere drehfest verbindbar ist, beispielsweise gegen das gehäusefeste Bauteil direkt oder indirekt abbremsbar ist. Auch diese Maßnahme zielt darauf ab, das Mehrstufengetriebe möglichst kompakt und in technisch einfacher Weise zu realisieren.
Alternativ zur Ausführung als formschlüssiges Schaltelement kann wenigstens eines der Schaltelemente als reibschlüssiges, aber nicht reibleistungsfähiges Schaltelement ausgebildet sein, insbesondere um dadurch dynamisch geringen Beanspruchungen Stand zu halten. Ein solches Schaltelement kann eine Bandbremse oder eine Trockenkupplung oder dergleichen Schaltelement sein, beispielsweise indem eine Stahl auf Stahl Reibpaarung in Wirkkontakt gegeneinander gebracht wird. Auch hierdurch ist eine kompakte Bauweise des Mehrstufengetriebes begünstigt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass in den Gangstufen jeweils drei der Schaltelemente geschlossen sind. Durch die relativ hohe Anzahl gleichzeitig geschlossener Schaltelemente ist es erreicht, dass das Mehrstufengetriebe einen hohen Getriebewirkungsgrad hat.
Ein möglicher mechanischer Aufbau des Mehrstufengetriebes besteht darin, dass bezüglich des ersten Planetenradsatzes das 1. Getriebeglied mit einer dritten Welle, das 2. Getriebeglied einer vierten Welle und das 3. Getriebeglied mit der Abtriebswelle drehfest verbunden sind, und bezüglich des zweiten Planetenradsatzes das 1. Getriebeglied mit der dritten Welle, das 2. Getriebeglied mit einer fünften Welle und das 3. Getriebeglied mit einer sechsten Welle drehfest verbunden sind. Es ist dadurch ein mechanisch relativ einfacher Systemaufbau mit den zwei Planetenradsätzen realisiert.
Eine mögliche Verschaltung der Komponenten des Mehrstufengetriebes kann nach einer Ausgestaltung der Erfindung derart realisiert sein, dass die dritte Welle über ein erstes Schaltelement und die vierte Welle über ein zweites Schaltelement jeweils mit dem gehäusefesten Bauteil oder einem gehäusefesten Bauteil wirkverbindbar sind, insbesondere drehfest verbindbar sind. Beispielsweise bilden das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement die vorstehend beschriebenen Schaltelemente, welche als Bremse dienen bzw. ausgebildet sind.
Es bietet sich bei dieser möglichen Verschaltung an, dass die Antriebswelle über ein drittes Schaltelement mit der fünften Welle und/oder über ein viertes Schaltelement mit der sechsten Welle, die Abtriebswelle über ein fünftes Schaltelement mit der fünften Welle und/oder über ein sechstes Schaltelement mit der sechsten Welle und die vierte Welle über ein siebtes Schaltelement mit der fünften Welle wirkverbindbar sind, insbesondere drehfest verbindbar sind. Das dritte Schaltelement, das vierte Schaltelement, das fünfte Schaltelement, das sechste Schaltelement und das siebte Schaltelement wirken somit gegenüber drehbaren Bauteilen und dienen insofern als Kupplung.
Durch eine solche Verschaltung und Anordnung der Schaltelemente ist es möglich, dass sechs Vorwärtsgänge, insbesondere mechanische Vorwärtsgänge, wahlweise schaltbar sind. Auch ist es dadurch möglich, dass ein Rückwärtsgang, insbesondere mechanischer Rückwärtsgang, wahlweise schaltbar ist.
Die wahlweise schaltbaren Vorwärtsgänge sind nach einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch realisiert, dass in einem 1. Vorwärtsgang das zweite Schaltelement, das vierte Schaltelement und das fünfte Schaltelement geschlossen sind, in einem 2. Vorwärtsgang das zweite Schaltelement, das vierte Schaltelement und das siebte Schaltelement geschlossen sind, in einem 3. Vorwärtsgang das erste Schaltelement, das vierte Schaltelement und das siebte Schaltelement geschlossen sind, in einem 4. Vorwärtsgang das dritte Schaltelement, das vierte Schaltelement und das siebte Schaltelement geschlossen sind, in einem 5. Vorwärtsgang das erste Schaltelement, das dritte Schaltelement und das siebte Schaltelement geschlossen sind und in einem 6. Vorwärtsgang das erste Schaltelement, das dritte Schaltelement und das sechste Schaltelement geschlossen sind. Dadurch lassen sich die Gangstufen für die Vorwärtsfahrt mit einer harmonischen Übersetzungsreihe verwirklichen. Ferner kann ein hoher Fahrkomfort mit geringem Kraftstoffverbrauch und hoher Antriebsleistung erreicht werden. Beispielsweise ist der 4. Vorwärtsgang ein Direktgang.
Der wahlweise schaltbare Rückwärtsgang ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch realisiert, dass in dem Rückwärtsgang das zweite Schaltelement, das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement geschlossen sind. Dadurch ist der Rückwärtsgang mit einer Übersetzung zu realisieren, welche für einen Einsatz des Mehrstufengetriebes bei Klein- und/oder Kompaktwagen geeignet ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das zweite Schaltelement und/oder das vierte Schaltelement und/oder das fünfte Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement, insbesondere Klauenschaltelement, ausgebildet sind. Dadurch ist das Schaltelement relativ kostengünstig zu realisieren. Darüber hinaus können formschlüssige Schaltelemente relativ kompakt ausgeführt werden, beispielsweise wenn die Schaltelemente als Klauenschaltelement vorliegen und beispielsweise relativ kleine Durchmesser zu realisieren sind.
Alternativ können das zweite Schaltelement und/oder das vierte Schaltelement und/oder das fünfte Schaltelement als reibschlüssiges, aber nicht reibleistungsfähiges Schaltelement ausgebildet sein, insbesondere um dadurch dynamisch geringen Beanspruchungen Stand zu halten. Ein solches Schaltelement kann eine Bandbremse oder eine Trockenkupplung oder dergleichen Schaltelement sein, beispielsweise indem eine Stahl auf Stahl Reibpaarung in Wirkkontakt gegeneinander gebracht wird. Auch hierdurch ist eine kompakte Bauweise des Mehrstufengetriebes begünstigt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Planetenradsätze als Minusgetriebe, insbesondere jeweils als Minusgetriebe bzw. Minus-Planetenradsatz, ausgebildet sind. Es kann vorgesehen sein, dass das 1. Getriebeglied ein Sonnenrad, das 2. Getriebeglied ein Planetenradträger, insbesondere Steg, und das 3. Getriebeglied ein Hohlrad ist.
Es kann die Antriebswelle als Getriebeeingangswelle getriebeeingangsseitig und die Abtriebswelle als Getriebeausgangswelle getriebeausgangsseitig vorgesehen sein. Ferner kann es vorgesehen sein, dass die Antriebswelle als Getriebeeingangswelle zum drehfesten Anbinden an eine Abtriebswelle eines Motors und die Abtriebswelle als Getriebeausgangswelle zum drehfesten Anbinden an einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges ausgebildet sind.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Antriebswelle bzw. die erste Welle und die Abtriebswelle bzw. die zweite Welle koaxial zueinander liegen. Dadurch ist das Mehrstufengetriebe für einen Einbau in ein Fahrzeug geeignet, bei dem der Antriebsstrang in Fahrzeuglängsrichtung verläuft.
Um eine für einen Front-Quer-Einbau oder einen Heck-Quer-Einbau in ein Fahrzeug geeignete Anordnung zu erreichen, können die Antriebswelle und die Abtriebswelle achsversetzt zueinander liegen.
Sowohl bei einer koaxialen Anordnung von Antriebswelle und Abtriebswelle als auch bei einer achsversetzten Anordnung von Antriebswelle und Abtriebswelle bietet es sich an, dass in axialer Richtung bezüglich der Antriebswelle und von der Antriebswelle ausgehend, die Reihenfolge erster Planetenradsatz, zweiter Planetenradsatz vorgesehen ist, wenn die Antriebswelle als Getriebeeingangswelle getriebeeingangsseitig vorgesehen ist und zum drehfesten Anbinden an einen Motor ausgebildet ist. Ferner bietet es sich an, dass von der dritten Welle, der vierten Welle, der fünften Welle und der sechsten Welle wenigstens eine Welle koaxial bezüglich der Antriebswelle angeordnet ist. Dadurch ist ein kompakter Aufbau des Mehrstufengetriebes quer zur Längsrichtung der Antriebswelle begünstigt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Anfahrelement vorgesehen. Dadurch ist ein Anfahren eines Kraftfahrzeuges erleichtert. Es kann vorgesehen sein, dass das Anfahrelement separat ist und beispielsweise den Planetenradsätzen vorgeschaltet ist. Das Anfahrelement kann dazu durch einen Drehmomentwandler, eine trockene Kupplung oder nasse Kupplung gebildet sein oder aufweisen.
Alternativ kann es vorgesehen sein, dass wenigstens eines der Schaltelemente des Mehrstufengetriebes als Anfahrelement nutzbar ist. Dadurch kann ein zusätzliches Anfahrelement eingespart werden, so dass sich Vorteile hinsichtlich Kosten und Bauraumbedarf ergeben. Es bietet sich an, dass das als Anfahrelement nutzbare Schaltelement als reibschlüssiges Schaltelement, insbesondere Reibkupplung, ausgebildet ist. Beispielsweise ist für eine angestrebte Vorwärtsfahrt das vierte Schaltelement als Anfahrelement nutzbar. Dies bietet sich an, da das vierte Schaltelement für den 1. Vorwärtsgang sowieso geschlossen wird bzw. geschlossen werden kann. Insbesondere ist für eine angestrebte Rückwärtsfahrt ebenfalls das vierte Schaltelement als Anfahrelement nutzbar. Auch dies bietet sich an, da das vierte Schaltelement für den Rückwärtsgang sowieso geschlossen wird bzw. geschlossen werden kann.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die dritte Welle oder die vierte Welle oder die fünfte Welle oder die sechste Welle als weitere Antriebswelle nutzbar ist, welche beispielsweise über eine Trennkupplung mit einem weiteren Antrieb wirkverbindbar ist. Der weitere Antrieb kann eine Elektromaschine sein. Dadurch ist mittels des Mehrstufengetriebes in technisch einfacher Weise ein Hybridantrieb realisierbar.
Die weitere Antriebswelle kann auch durch die Antriebswelle selbst gebildet sein. Sofern beispielsweise die Antriebswelle über eine Trennkupplung mit einer Verbrennungsmaschine wirkverbindbar ist und als weiterer Antrieb eine Elektromaschine vorgesehen ist, wird der weitere Antrieb bzw. die Elektromaschine mitgeschleppt, wenn die Verbrennungsmaschine über eine Trennkupplung mit der Antriebswelle eingekoppelt ist.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass eine Drehschwingungs-Entkopplungseinheit vorgesehen ist, welche den Planetenradsätzen vorgeschaltet ist. Dadurch ist eine Drehschwingungsentkopplung des Antriebs von dem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges in einfacher Weise zu realisieren.
Durch die Erfindung wird ein Mehrstufengetriebe mit einem einfachen Aufbau und relativ wenigen mechanischen Komponenten vorgeschlagen, welches beispielsweise nur zwei Planetenradsätze für insgesamt sieben Gangstufen benötigt. Dazu können sieben Schaltelemente vorgesehen sein, von denen drei Schaltelemente pro Gangstufe geschaltet sind. Das Mehrstufengetriebe weist eine gute Übersetzungsreihe, einen guten Verzahnungswirkungsgrad bei geringen Getriebeverlusten und geringer Bauteilbelastung auf.
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigen:
1 eine Ausführungsform eines lastschaltbaren Mehrstufengetriebes, beispielsweise für einen verbrennungsmotorischen und/oder elektromotorischen Antrieb eines Kraftfahrzeuges, mit zwei Minus-Planetenradsätzen und einer koaxial bezüglich einer Antriebswelle liegenden Abtriebswelle in schematischer Darstellung,
2 eine tabellarische Übersicht über mögliche Gänge, welche mittels des Mehrstufengetriebes gemäß der 1 schaltbar sind, und der dazu zu betätigenden Schaltelemente und
3 eine weitere Ausführungsform eines lastschaltbaren Mehrstufengetriebes, beispielsweise für einen verbrennungsmotorischen Antrieb eines Kraftfahrzeuges, mit zwei Minus-Planetenradsätzen und einer achsversetzt zu einer Antriebswelle angeordneten Abtriebswelle in schematischer Darstellung.
1 zeigt – in schematischer Darstellung – eine mögliche Ausführungsform eines lastschaltbaren Mehrstufengetriebes 100, welches beispielsweise in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges zum Einsatz kommen kann. Das Mehrstufengetriebe 100 hat eine Antriebswelle 1 als erste Welle und eine Abtriebswelle 2 als zweite Welle. Die Antriebswelle 1 ist getriebeeingangsseitig angeordnet und bildet eine Getriebeeingangswelle. Die Abtriebswelle 2 ist getriebeausgangsseitig angeordnet und bildet eine Getriebeausgangswelle.
Die Antriebswelle 1 kann mit einer (in der 1 nicht dargestellten) Antriebsmaschine, wie einer Verbrennungskraftmaschine oder einer Elektromaschine, triebverbunden oder triebverbindbar sein, beispielsweise mit einer Abtriebswelle der Antriebsmaschine drehfest verbunden werden oder drehfest verbunden sein. Auch kann die Antriebsmaschine einen Hybridantrieb mit einer Verbrennungskraftmaschine und einer Elektromaschine aufweisen, wobei die Verbrennungskraftmaschine und die Elektromaschine mit der Antriebswelle 1 triebverbindbar ist. Die sich durch die Ankopplung der Antriebsmaschine an die Antriebswelle 1 ergebende Wirkrichtung für den in das Mehrstufengetriebe 100 eingehenden Kraftfluss und den aus dem Mehrstufengetriebe 100 herausgehenden Kraftfluss ist durch die Pfeile A und B angedeutet.
Das Mehrstufengetriebe 100 ist in Planetenradbauweise mit zwei, insbesondere nur zwei Planetenradsätzen, aufgebaut und weist einen ersten Planetenradsatz RS1 und einen zweiten Planetenradsatz RS2 auf, welche beispielsweise innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet sein können. Jeder Planetenradsatz RS1 bzw. RS2 hat ein 1. Getriebeglied 1.1 bzw. 2.1, ein 2. Getriebeglied 1.2 bzw. 2.2 und ein 3. Getriebeglied 1.3 bzw. 2.3.
Das Mehrstufengetriebe 100 hat sieben, vorzugsweise insgesamt sieben Schaltelemente, nämlich ein erstes Schaltelement 10, ein zweites Schaltelement 20, ein drittes Schaltelement 30, ein viertes Schaltelement 40, ein fünftes Schaltelement 50, ein sechstes Schaltelement 60 und ein siebtes Schaltelement 70, deren selektives Schalten ein den jeweiligen Gangstufen zukommendes Übersetzungsverhältnis zwischen der Antriebswelle 1 und der Abtriebswelle 2 bewirkt.
Die Schaltelemente 10, 20, 30, 40, 50, 60 und 70 sowie die Planetenradsätze RS1 und RS2 sind zueinander wie folgt angeordnet: Bezüglich des ersten Planetenradsatzes RS1 sind das 1. Getriebeglied 1.1 mit einer dritten Welle 3, das 2. Getriebeglied 1.2 mit einer vierten Welle 4 und das 3. Getriebeglied 1.3 mit der Abtriebswelle 2 drehfest verbunden. Bezüglich des zweiten Planetenradsatzes RS2 sind das 1. Getriebeglied 2.1 mit der dritten Welle 3, das 2. Getriebeglied 2.2 mit einer fünften Welle 5 und das 3. Getriebeglied 2.3 mit einer sechsten Welle 6 drehfest verbunden. Die dritte Welle 3 bildet somit eine gemeinsame Welle 7, mit welcher sowohl das 1. Getriebeglied 1.1 des ersten Planetenradsatzes RS1 als auch das 1. Getriebeglied 2.1 des zweiten Planetenradsatzes RS2 drehfest verbunden sind.
Um die sieben Gangstufen zu realisieren, sind zwei der Schaltelemente 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, nämlich das erste Schaltelement 10 und das zweite Schaltelement 20 jeweils als Bremse ausgebildet, mittels welchen das 1. Getriebeglied 1.1 des ersten Planetenradsatzes RS1 und/oder das 2. Getriebeglied 1.2 des ersten Planetenradsatzes RS1 und/oder das 1. Getriebeglied 2.1 des zweiten Planetenradsatzes RS2 mit einem gehäusefesten Bauteil G wirkverbindbar, insbesondere drehfest verbindbar sind. Hierzu sind die dritte Welle 3 über das erste Schaltelement 10 und die vierte Welle 4 über das zweite Schaltelement 20 jeweils mit dem gehäusefesten Bauteil G wirkverbindbar, insbesondere drehfest verbindbar. Bevorzugt ist das gehäusefeste Bauteil G ein fest mit dem Gehäuse des Mehrstufengetriebes verbundenes Bauteil oder ein integraler Bestandteil des Gehäuses selbst.
Darüber hinaus ist die Antriebswelle 1 über das dritte Schaltelement 30 mit der fünften Welle 5 und/oder über das vierte Schaltelement 40 mit der sechsten Welle 6 wirkverbindbar, insbesondere drehfest verbindbar. Ferner sind die Abtriebswelle 2 über das fünfte Schaltelement 50 mit der fünften Welle 5 und/oder über das sechste Schaltelement 60 mit der sechsten Welle 6 und die vierte Welle 4 über das siebte Schaltelement 70 mit der fünften Welle 5 wirkverbindbar, insbesondere drehfest verbindbar. Das dritte Schaltelement 30, das vierte Schaltelement 40, das fünfte Schaltelement 50, das sechste Schaltelement 60 und das siebte Schaltelement 70 wirken somit jeweils gegenüber drehbaren Bauteilen und dienen insofern als Kupplung.
Bevorzugt sind das zweite Schaltelement 20 und/oder das vierte Schaltelement 40 und/oder das fünfte Schaltelement 50 als formschlüssiges Schaltelement, beispielsweise in Klauenausführung, oder als dynamisch gering beanspruchtes Schaltelement, wie beispielsweise als Bandbremse, ausgebildet. Als dynamisch gering beanspruchtes Schaltelement ist grundsätzlich jedes reibschlüssige Schaltelement möglich, welches nicht reibleistungsfähig ist. Insofern kann das Schaltelement auch eine Trockenkupplung sein, welche beispielsweise eine Stahl-auf-Stahl Reibpaarung aufweist.
Das vierte Schaltelement 40 kann als Anfahrelement genutzt werden. In diesem Fall ist das Schaltelement bevorzugt als Reibschaltelement beziehungsweise reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet. Alternativ kann ein zusätzliches Anfahrelement separat vorgesehen sein, beispielsweise in Art eines Drehmomentwandlers, einer Trockenkupplung oder einer Nasskupplung, welche den Planetenradsätzen RS1, RS2 vorgeschaltet ist. Es kann ferner vorgesehen sein, dass den Planetenradsätzen RS1 und RS2 ein Hybridkopf vorgeschaltet ist, welcher beispielsweise durch eine Trennkupplung mit einer der Planetenradsätzen RS1 bzw. RS2 wirkverbindbar ist. Der Hybridkopf kann durch eine Elektromaschine oder einen sonstigen anderen Antrieb als eine Verbrennungskraftmaschine vorgesehen sein.
In der Ausführungsform des Mehrstufengetriebes 100 gemäß der 1 sind der erste Planetenradsatz RS1 und der zweite Planetenradsatz RS2 jeweils als Minusgetriebe ausgebildet. Dazu ist jeweils das 1. Getriebeglied 1.1 bzw. 2.1 durch ein Sonnenrad, das 2. Getriebeglied 1.2 bzw. 2.2 durch einen Planetenradträger, insbesondere Steg, und das 3. Getriebeglied 1.3 bzw. 2.3 durch ein Hohlrad gebildet.
Ferner ist das Mehrstufengetriebe 100 für einen durchgängig in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden Antriebsstrang geeignet. Hierfür sind die Antriebswelle 1 und die Abtriebswelle 2 koaxial zueinander angeordnet. Bevorzugt ist die Anordnung der Planetenradsätze RS1 und RS2 zueinander in der Weise, dass in axialer Richtung bezüglich der Antriebswelle 1 und von der Antriebswelle 1 ausgehend, die Reihenfolge erster Planetenradsatz RS1, zweiter Planetenradsatz RS2 vorgesehen ist.
2 zeigt eine tabellarische Übersicht über mögliche Gänge, welche mit dem Mehrstufengetriebe 100 wahlweise schaltbar sind, und der dazu ausführenden Schaltkombinationen bezüglich des ersten Schaltelementes 10, des zweiten Schaltelementes 20, des dritten Schaltelementes 30, des vierten Schaltelementes 40, des fünften Schaltelementes 50, des sechsten Schaltelementes 60 und des siebten Schaltelementes 70. Danach können von den sieben zur Verfügung stehenden Gangstufen sechs Gangstufen als Vorwärtsgänge und eine Gangstufe als Rückwärtsgang wahlweise geschaltet werden.
Die Gänge bzw. Gangstufen sind in der ersten Spalte der Übersicht angegeben. Die Vorwärtsgänge sind mit „1“, „2“, „3“, „4“, „5“, „6“ und der Rückwärtsgang mit „R“ gekennzeichnet. In sich daran anschließenden Spalten ist die zu jedem Gang gehörige Stellung des ersten Schaltelementes 10, des zweiten Schaltelementes 20, des dritten Schaltelementes 30, des vierten Schaltelementes 40, des fünften Schaltelementes 50, des sechsten Schaltelementes 60 und des siebten Schaltelementes 70 angegeben, wobei jedem Schaltelement 10 bzw. 20 bzw. 30 bzw. 40 bzw. 50 bzw. 60 bzw. 70 eine separate Spalte zugeordnet ist. Durch Kreuze ist angegeben, dass das jeweils zugehörige Schaltelement 10 bzw. 20 bzw. 30 bzw. 40 bzw. 50 bzw. 60 bzw. 70 in einer geschlossenen Schalterstellung vorliegt.
Wie aus der 2 ersichtlich ist, sind in einer jeweiligen Gangstufe jeweils drei der Schaltelemente 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 geschlossen. Der 1. Vorwärtsgang wird durch Schließen des zweiten Schaltelementes 20, des vierten Schaltelementes 40 und des fünften Schaltelementes 50, der 2. Vorwärtsgang wird durch Schließen des zweiten Schaltelementes 20, des vierten Schaltelementes 40 und des siebten Schaltelementes 70, der 3. Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelementes 10, des vierten Schaltelementes 40 und des siebten Schaltelementes 70, der 4. Vorwärtsgang wird durch Schließen des dritten Schaltelementes 30, des vierten Schaltelementes 40 und des siebten Schaltelementes 70, der 5. Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelementes 10, des dritten Schaltelementes 30 und des siebten Schaltelementes 70 sowie der 6. Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelementes 10, des dritten Schaltelementes 30 und des sechsten Schaltelementes 60 geschaltet. Der Rückwärtsgang wird durch Schließen des zweiten Schaltelementes 20, des dritten Schaltelementes 30 und des vierten Schaltelementes 40 geschaltet.
3 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform eines lastschaltbaren Mehrstufengetriebes 200. Bauteile des Mehrstufengetriebes 200, welche identisch oder funktionsgleich mit Bauteilen des Mehrstufengetriebes 100 gemäß der 1 sind, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen; insofern wird auf die Beschreibung zu dem Mehrstufengetriebe 100 gemäß der 1 verwiesen.
Das Mehrstufengetriebe 200 gemäß der 3 unterscheidet sich von dem Mehrstufengetriebe 100 gemäß der 1 unter anderem darin, dass das Mehrstufengetriebe 200 für einen Front-Quer-Einbau oder Heck-Quer-Einbau in einem Kraftfahrzeug geeignet ist. Hierzu liegen die Antriebswelle 1 und die Abtriebswelle 2 achsversetzt zueinander. Bevorzugt ist die Anordnung der Planetenradsätze RS1 und RS2 zueinander in der Weise, dass in axialer Richtung bezüglich der Antriebswelle 1 und von der Antriebswelle 1 ausgehend, die Reihenfolge erster Planetenradsatz RS1, zweiter Planetenradsatz RS2 vorgesehen ist.
Das Mehrstufengetriebe 200 gemäß der 3 kann nach der Schaltmatrix gemäß der 2 und wie vorstehend zu dem Mehrstufengetriebe 100 der 1 beschrieben, betrieben werden.
Die Mehrstufengetriebe 100 und 200 haben jeweils zwei Planetenradsätze, sieben Schaltelemente, von denen zwei Schaltelemente als Bremsen und die verbleibenden fünf Schaltelemente als Kupplungen genutzt werden und von denen zum Schalten eines Ganges jeweils drei Schaltelemente gleichzeitig zu schalten sind. Ferner weisen die Mehrstufengetriebe 100 und 200 jeweils sechs Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang auf.
Bezugszeichenliste

1: Antriebswelle (erste Welle)
2: Abtriebswelle (zweite Welle)
3: dritte Welle
4: vierte Welle
5: fünfte Welle
6: sechste Welle
7: gemeinsame Welle
RS1: erster Planetenradsatz
RS2: zweiter Planetenradsatz
1.1: 1. Getriebeglied des ersten Planetenradsatzes
1.2: 2. Getriebeglied des ersten Planetenradsatzes
1.3: 3. Getriebeglied des ersten Planetenradsatzes
2.1: 1. Getriebeglied des zweiten Planetenradsatzes
2.2: 2. Getriebeglied des zweiten Planetenradsatzes
2.3: 3. Getriebeglied des zweiten Planetenradsatzes
10: erstes Schaltelement
20: zweites Schaltelement
30: drittes Schaltelement
40: viertes Schaltelement
50: fünftes Schaltelement
60: sechstes Schaltelement
70: siebtes Schaltelement
100: Mehrstufengetriebe
200: Mehrstufengetriebe
G: Gehäuse, gehäusefestes Bauteil
A: Pfeil
B: Pfeil

Claims

Lastschaltbares Mehrstufengetriebe (100; 200) in Planetenradbauweise, insbesondere für einen verbrennungsmotorischen und/oder elektromotorischen Antrieb eines Kraftfahrzeuges, mit Gangstufen für mehrere Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang und aufweisend • eine Antriebswelle (1) als erste Welle und eine Abtriebswelle (2) als zweite Welle, • zwei miteinander gekoppelte oder koppelbare Planetenradsätze (RS1, RS2) mit jeweils wenigstens drei Getriebegliedern als 1. Getriebeglied (1.1; 2.1), Getriebeglied (1.2; 2.2) und 3. Getriebeglied (1.3; 2.3), und • mehrere den Planetenradsätzen (RS1, RS2) zugeordnete Schaltelemente (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70), deren selektives Schalten ein der jeweiligen Gangstufe zukommendes Übersetzungsverhältnis zwischen der Antriebswelle (1) und der Abtriebswelle (2) bewirkt, wobei eines der Getriebeglieder (1.1, 1.2, 1.3) des ersten Planetenradsatzes (RS1) und eines der Getriebeglieder (2.1, 2.2, 2.3) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) mit einer gemeinsamen Welle (7) drehfest verbunden sind, welche über wenigstens eines der Schaltelemente (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70) mit einem gehäusefesten Bauteil (G) wirkverbindbar ist.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeglied (1.1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) und das 1. Getriebeglied (2.1) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) mit der gemeinsamen Welle (7) drehfest verbunden sind.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Schaltelemente (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70) als Bremse ausgebildet sind, mittels welchen das 1. Getriebeglied (1.1; 2.1) oder das 2. Getriebeglied (1.2; 2.2) oder das 3. Getriebeglied (1.3; 2.3) der Planetenradsätze (RS1, RS2) mit dem gehäusefesten Bauteil (G) wirkverbindbar ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Schaltelemente (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70) als formschlüssiges Schaltelement, insbesondere Klauenschaltelement, ausgebildet sind.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Gangstufen jeweils drei der Schaltelemente (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70) geschlossen sind.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich des ersten Planetenradsatzes (RS1) das 1. Getriebeglied (1.1) mit einer dritten Welle (3), das 2. Getriebeglied (1.2) mit einer vierten Welle (4) und das 3. Getriebeglied (1.3) mit der Abtriebswelle (2) drehfest verbunden sind, und bezüglich des zweiten Planetenradsatzes (RS2) das 1. Getriebeglied (2.1) mit der dritten Welle (3), das 2. Getriebeglied (2.2) mit einer fünften Welle (5) und das Getriebeglied (2.3) mit einer sechsten Welle (6) drehfest verbunden sind.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Welle (3) über ein erstes Schaltelement (10), die vierte Welle (4) über ein zweites Schaltelement (20) jeweils mit dem gehäusefesten Bauteil (G) wirkverbindbar sind, die Antriebswelle (1) über ein drittes Schaltelement (30) mit der fünften Welle (5) und/oder über ein viertes Schaltelement (40) mit der sechsten Welle (6) wirkverbindbar ist, die Abtriebswelle (2) über ein fünftes Schaltelement (50) mit der fünften Welle (5) und/oder über ein sechstes Schaltelement (60) mit der sechsten Welle (6) wirkverbindbar ist und die vierte Welle (4) über ein siebtes Schaltelement (70) mit der fünften Welle (5) wirkverbindbar ist.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sechs Vorwärtsgänge wahlweise schaltbar sind, wobei in einem 1. Vorwärtsgang das zweite Schaltelement (20), das vierte Schaltelement (40) und das fünfte Schaltelement (50) geschlossen sind, in einem 2. Vorwärtsgang das zweite Schaltelement (20), das vierte Schaltelement (40) und das siebte Schaltelement (70) geschlossen sind, in einem Vorwärtsgang das erste Schaltelement (10), das vierte Schaltelement (40) und das siebte Schaltelement (70) geschlossen sind, in einem 4. Vorwärtsgang das dritte Schaltelement (30), das vierte Schaltelement (40) und das siebte Schaltelement (70) geschlossen sind, in einem 5. Vorwärtsgang das erste Schaltelement (10), das dritte Schaltelement (30) und das siebte Schaltelement (70) geschlossen sind und in einem Vorwärtsgang das erste Schaltelement (10), das dritte Schaltelement (30) und das sechste Schaltelement (60) geschlossen sind.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückwärtsgang wahlweise schaltbar ist, wobei in dem Rückwärtsgang das zweite Schaltelement (20), das dritte Schaltelement (30) und das vierte Schaltelement (40) geschlossen sind.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltelement (20) und/oder das vierte Schaltelement (40) und/oder das fünfte Schaltelement (50) als formschlüssiges Schaltelement, insbesondere Klauenschaltelement, ausgebildet ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das 1. Getriebeglied (1.1, 2.1) ein Sonnenrad, das Getriebeglied (1.2, 2.2) ein Planetenradträger und das 3. Getriebeglied (1.3, 2.3) ein Hohlrad ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Schaltelemente (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70), insbesondere das vierte Schaltelement (40), als Anfahrelement nutzbar ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Welle (3) oder die vierte Welle (4) oder die fünfte Welle (5) oder die sechste Welle (6) als weitere Antriebswelle nutzbar ist, welche beispielsweise über eine Trennkupplung mit einem weiteren Antrieb wirkverbindbar ist.