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Die Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe für ein Kraftfahrzeug.
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Aus der
DE 10 2008 055 626 A1 ist bereits ein Mehrstufengetriebe für Kraftfahrzeuge bekannt. Das Mehrstufengetriebe ist zur Schaltung von neun Vorwärtsgetriebegängen vorgesehen. Es umfasst vier wirkungsmäßig miteinander verbundene Planetenradstufen sowie sechs Schalteinheiten, die dazu vorgesehen sind, unterschiedliche Wirkverbindungen zwischen den Planetenradstufen und/oder einem Getriebegehäuse herstellen.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes Mehrstufengetriebe bereitzustellen, welches vorzugsweise eine hohe Flexibilität und/oder einen hohen Wirkungsgrad aufweist. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Es wird ein Mehrstufengetriebe vorgeschlagen, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, das zumindest konstruktiv zur Schaltung von zumindest zehn Vorwärtsgetriebegängen vorgesehen ist, mit zumindest vier wirkungsmäßig miteinander verbundenen Planetenradstufen, die jeweils ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Planetenradträger aufweisen, mit zumindest sechs Schalteinheiten, die jeweils zwei drehfest miteinander verbindbare Kopplungselemente aufweisen, mit einem Getriebeeingangselement zur drehfesten Anbindung an eine Brennkraftmaschine und mit einem Getriebeausgangselement zur Anbindung zumindest eines Achsantriebs, wobei das Getriebeausgangselement und das Hohlrad der vierten Planetenradstufe permanent drehfest miteinander verbunden sind, die dritte Schalteinheit dazu vorgesehen ist, das Getriebeeingangselement, den Planetenradträger der ersten Planetenradstufe und das Sonnenrad der zweiten Planetenradstufe drehfest miteinander zu verbinden, und die vierte Schalteinheit dazu vorgesehen ist, das Getriebeeingangselement und das Hohlrad der ersten Planetenradstufe drehfest miteinander zu verbinden.
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Durch eine solche Ausgestaltung kann ein Mehrstufengetriebe mit einer Grundstruktur bereitgestellt werden, das eine Ausgestaltung mit einer hohen Flexibilität und/oder einem hohen Wirkungsgrad ermöglicht. Bauteilbelastungen in dem Mehrstufengetriebe können durch diese Grundstruktur zumindest teilweise gesenkt werden, wodurch insbesondere ein Leichtbau vereinfacht werden kann. Außerdem können solche Mehrstufengetriebe einfach hybridisiert werden.
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Die vier Planetenradstufen sind im Folgenden mit „erster Planetenradstufe”, „zweiter Planetenradstufe”, „dritter Planetenradstufe” und „vierter Planetenradstufe” bezeichnet. Die Bezeichnungen „erste”, „zweite”, „dritte” und „vierte” Planetenradstufe sind insbesondere zur Festlegung einer axialen Anordnung vorgesehen, wobei eine axiale Reihenfolge der Planetenradstufen von der Nummerierung abweichen kann. Grundsätzlich ist eine geänderte Anordnung der Planetenradstufen und/oder gestapelte Anordnung, bei der die Planetenradstufen zumindest teilweise radial ineinander geschachtelt sind, denkbar. Insbesondere durch eine räumliche Umordnung der Schalteinheiten, durch eine geänderte Anordnung von Getriebeelementen und/oder durch Vertauschung der Sonnenräder, Planetenräder und/oder Hohlräder sind verschiedene kinematisch äquivalente Getriebestrukturen realisierbar. Unter „kinematisch äquivalenten Getriebestrukturen” sollen dabei Getriebestrukturen verstanden werden, welche eine gleiche Anzahl von Schalteinheiten sowie identische Schaltschemata zur Schaltung der Vorwärtsgetriebegänge und der Rückwärtsgetriebegänge aufweisen.
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Vorzugsweise sind zwei der sechs Schalteinheiten als Bremsen und vier der sechs Schalteinheiten als Kupplungen ausgebildet. Unter einer Schalteinheit, die als „Kupplung” ausgebildet ist, soll insbesondere eine Schalteinheit verstanden werden, die in einem Leistungsfluss zwischen zwei der Planetenradstufen angeordnet ist und die dazu vorgesehen ist, ihre zwei drehbar angeordneten Kopplungselemente, die in einem geöffneten Zustand unabhängig voneinander verdrehbar sind, in einem geschlossenen Zustand drehfest miteinander zu verbinden. Unter einer Schalteinheit, die als „Bremse” ausgebildet ist, soll insbesondere eine Schalteinheit verstanden werden, die wirkungsmäßig zwischen einer der Planetenradstufen und einem Getriebegehäuse angeordnet ist und die dazu vorgesehen ist, ihr drehbares Kopplungselement, das in einem geöffneten Zustand unabhängig von dem Getriebegehäuse verdrehbar ist, in einem geschlossenen Zustand mit ihrem drehfest mit dem Getriebegehäuse verbundenen Kopplungselement drehfest zu verbinden. Unter „drehfest verbunden” soll insbesondere eine Verbindung verstanden werden, bei der ein Leistungsfluss über eine vollständige Umdrehung gemittelt mit einem unveränderten Drehmoment, einer unveränderten Drehrichtung und/oder einer unveränderten Drehzahl übertragen wird.
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Unter einer Schalteinheit soll in diesem Zusammenhang insbesondere keine Kupplung verstanden werden, die einem durch die Planetenradstufen ausgebildeten Zahnradsatz vorgeschaltet oder nachgeschaltet ist. Unter einer „dem Zahnradsatz vorgeschalteten Kupplung” soll insbesondere eine Kupplung verstanden werden, die in zumindest einem Getriebegang in einem Leistungsfluss zwischen der Brennkraftmaschine und dem Getriebeeingangselement angeordnet ist, wie beispielsweise eine Trennkupplung oder eine Anfahrkupplung. Unter einer „dem Zahnradsatz nachgeschalteten Kupplung” soll insbesondere eine Kupplungseinheit verstanden werden, die in zumindest einem Getriebegang in einem Leistungsfluss zwischen dem Getriebeausgangselement und einem Achsantrieb angeordnet ist, wie beispielsweise eine Allradkupplung. Grundsätzlich kann eine Schaltbarkeit des Mehrstufengetriebes durch eine dem Zahnradsatz vorgeschaltete oder nachgeschaltete Kupplungseinheit erhöht werden. Unter einem „Getriebeeingangselement” soll dabei insbesondere ein Getriebeelement, das zumindest konstruktiv zur drehfesten Anbindung einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, verstanden werden. Unter einem „Getriebeausgangselement” soll insbesondere ein Getriebeelement, das zumindest konstruktiv zur drehfesten Anbindung eines Achsantriebs vorgesehen ist, verstanden werden. Unter einem „Getriebeelement” soll insbesondere eine Ausgestaltung verstanden werden, die zur permanenten drehfesten Verbindung zwischen den Sonnenrädern, Planetenradträgern, Hohlrädern und/oder Kopplungselementen vorgesehen ist.
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Unter „zumindest konstruktiv” soll insbesondere verstanden werden, dass konstruktiv eine entsprechende Ausgestaltung vorgesehen ist, in einem eventuellen Ausführungsbeispiel aber von einer funktionellen Nutzung der konstruktiven Ausgestaltung abgesehen werden kann. Unter „konstruktiv zur Schaltung eines Getriebegangs vorgesehen” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass mittels der Kupplungseinheiten und/oder Bremseinheiten mechanisch ein entsprechender Getriebegang grundsätzlich bildbar ist, unabhängig davon, ob im Rahmen einer Schaltstrategie auf die Schaltung des Getriebegangs verzichtet wird oder nicht. Beispielsweise können in einer Ausgestaltung die Schalteinheiten konstruktiv zur Schaltung von mehr Vorwärtsgetriebegängen vorgesehen sein, als es sinnvoll sein kann, sie im Rahmen einer Betriebsstrategie für das Mehrstufengetriebe zu schalten.
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Vorzugsweise ist ein Teil der Schalteinheiten formschlüssig ausgebildet. Dadurch kann ein Schleppverlust gering gehalten werden, wodurch ein Leistungsverlust innerhalb des Mehrstufengetriebes vorteilhaft verringert werden kann. Unter einer „formschlüssig ausgebildeten Schalteinheit” soll dabei insbesondere eine Schalteinheit verstanden werden, die zur Verbindung ihrer Kopplungselemente bzw. zur Anbindung ihres Kopplungselements eine Verzahnung und/oder Klauen aufweist, die zur Herstellung einer drehfesten Verbindung formschlüssig ineinandergreifen, wobei eine Übertragung eines Leistungsflusses in einem vollständig geschlossenen Zustand zumindest hauptsächlich durch einen Formschluss erfolgt. Die Schalteinheiten können grundsätzlich reibschlüssig oder formschlüssig ausgebildet sein. Unter einer „reibschlüssig ausgebildeten Schalteinheit” soll dabei insbesondere eine Schalteinheit verstanden werden, die zur Verbindung ihrer Kopplungselemente bzw. zur Anbindung ihres Kopplungselements zumindest zwei Reibpartner aufweist, die zur Herstellung einer drehfesten Verbindung reibschlüssig aneinander anliegen, wobei eine Übertragung eines Leistungsflusses in einem vollständig geschlossenen Zustand zumindest hauptsächlich durch Reibung erfolgt. Eine reibschlüssig ausgebildete Kupplungseinheit ist vorzugsweise als eine Lamellenkupplungseinheit und eine reibschlüssig ausgebildete Bremseinheit ist vorzugsweise als eine Lamellenbremseinheit ausgebildet. Eine formschlüssig ausgebildete Kupplungseinheit ist vorzugsweise als eine Klauenkupplungseinheit und eine formschlüssig ausgebildete Bremseinheit ist vorzugsweise als eine Klauenbremseinheit ausgebildet. Eine formschlüssig ausgebildete Schalteinheit ist vorteilhaft über eine Schiebemuffe schaltbar. Dabei sind die formschlüssig ausgebildeten Schalteinheiten vorzugsweise ohne eine Synchronisierung ausgeführt, können grundsätzlich aber auch eine Synchronisierung aufweisen.
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Vorzugsweise umfasst das Mehrstufengetriebe Aktuatoren zur automatisierten Schaltung der Schalteinheiten. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, zumindest einen Teil der Schalteinheiten zumindest teilweise selbstständig schaltend auszuführen. Eine selbstständig schaltende Kupplungseinheit bzw. Bremseinheit ist vorzugsweise als ein Freilauf ausgebildet. Zudem kann auch eine Ausgestaltung der Planetenradstufen mit Einfachplanetenradsätzen oder Doppelplanetenradsätzen von dem dargestellten Ausführungsbeispiel abweichen. In kinematisch äquivalenter Weise ist es beispielsweise möglich, einen Einfachplanetenradsatz durch einen Doppelplanetenradsatz zu ersetzen, wobei für eine kinematisch gleiche Wirkweise zusätzlich insbesondere eine Standübersetzung der Planetenradstufe angepasst werden muss. Insbesondere bei einer Ausbildung mittels eines Doppelplanetenradsatzes kann grundsätzlich auch eine Anbindung von einem Sonnenrad und einem Planetenradträger, einem Hohlrad und einem Planetenradträger oder einem Sonnenrad und einem Hohlrad getauscht werden, wobei für eine kinematisch gleiche Wirkweise zusätzlich insbesondere eine Standübersetzung der Planetenradstufe angepasst werden muss.
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Die Begriffe „axial” und „radial” sind im Folgenden insbesondere auf die Hauptrotationsachse des Mehrstufengetriebes bezogen, sodass der Ausdruck „axial” insbesondere eine Richtung bezeichnet, die parallel oder koaxial zu der Hauptrotationsachse verläuft. Ferner bezeichnet der Ausdruck „radial” insbesondere eine Richtung, die senkrecht zu der Hauptrotationsachse verläuft. Unter einer „getriebeeingangsseitigen Anordnung” soll insbesondere verstanden werden, dass das genannte Bauteil auf einer Seite des weiteren Bauteils angeordnet ist, welche dem Getriebeeingangselement und/oder der Brennkraftmaschine zugewandt ist. Unter einer „getriebeausgangsseitigen Anordnung” soll insbesondere verstanden werden, dass das genannte Bauteil auf einer Seite des weiteren Bauteils angeordnet ist, welche dem Getriebeeingangselement und/oder der Brennkraftmaschine abgewandt ist, auch wenn das weitere Bauteil in axialer Richtung nach dem Getriebeausgangselement angeordnet ist, beispielsweise weil das Getriebeausgangselement zwischen zwei Planetenradstufen angeordnet ist.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele sind die Bezugszeichen der folgenden Figurenbeschreibung durch die Buchstaben a bis g ergänzt. Bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, soll grundsätzlich auf die Beschreibung und/oder die Zeichnungen des ersten Ausführungsbeispiels mit dem Buchstaben a verwiesen werden. Die Beschreibungen der weiteren Ausführungsbeispiele beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen. Die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei zeigen:
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1 ein Getriebeschema eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes,
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2 ein Schaltschema für das Mehrstufengetriebe,
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3 eine Lastschaltbarkeit des Mehrstufengetriebes und
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4 ein Getriebeschema mit einer geänderten Anordnung von Planetenradstufen.
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Die 1 zeigt ein Getriebeschema eines Mehrstufengetriebes. Das Mehrstufengetriebe ist als ein Kraftfahrzeuggetriebe ausgestaltet. Es weist genau vier Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a auf. Das Mehrstufengetriebe weist eine Hauptrotationsachse auf, zu der die erste Planetenradstufe P1a, die zweite Planetenradstufe P2a, die dritte Planetenradstufe P3a und die vierte Planetenradstufe P4a koaxial angeordnet sind. Das Mehrstufengetriebe ist konstruktiv dazu vorgesehen, zumindest zehn unterschiedlich übersetzte Vorwärtsgetriebegänge V1a, V2a, V3a, V4a, V5a, V6a, V7a, V8a, V9a, V10a und zumindest einen Rückwärtsgetriebegang R1a zu schalten. Insbesondere eine Anzahl der tatsächlich verwendeten Vorwärtsgetriebegänge V1a–V10a kann dabei in Abhängigkeit von einer Betriebsstrategie eingeschränkt sein, beispielsweise elektronisch durch eine entsprechend programmierte Steuer- und Regeleinheit.
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Das Mehrstufengetriebe weist genau sechs Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a auf, die zur Schaltung der Vorwärtsgetriebegänge V1a, V2a, V3a, V4a, V5a, V6a, V7a, V8a, V9a, V10a und des Rückwärtsgetriebegangs R1a vorgesehen sind. Das Mehrstufengetriebe weist ein Getriebegehäuse 12a auf, dass die Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a und die Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a aufnimmt. Die Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a sind wirkungsmäßig innerhalb eines durch die Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a ausgebildeten Zahnradsatzes angeordnet, d. h. die Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a sind dazu vorgesehen, unterschiedliche Wirkverbindungen zwischen den Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a untereinander und dem Getriebegehäuse 12a herzustellen.
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Das in 2 dargestellte Schaltschema zeigt, wie durch Schließen der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a die Vorwärtsgetriebegänge V1a–V10a und der Rückwärtsgetriebegang R1a geschaltet werden. Die Vorwärtsgetriebegänge V1a–V10a werden jeweils durch Schließen von drei der insgesamt sechs Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a geschaltet. Die in 3 dargestellte Lastschaltbarkeit ergibt sich unmittelbar aus dem in 2 dargestellten Schaltschema. Eine Lastschaltung zwischen zwei der Vorwärtsgetriebegänge V1a–V10a ist dabei insbesondere immer dann möglich, wenn in einem Schaltvorgang höchstens eine der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a geschlossen wird und/oder höchstens eine der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a geöffnet wird, d. h. wenn ein Leistungsfluss von einer der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a an eine andere der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a übergeben wird oder wenn ein Schaltzustand von lediglich einer der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a verändert wird. Die unterschiedlich übersetzten Vorwärtsgetriebegänge V1a–V10a sind, mit Ausnahme eines Getriebegangwechsels zwischen dem zweiten Vorwärtsgetriebegang V2 und dem dritten Vorwärtsgetriebegang V3, untereinander zumindest sequentiell lastschaltbar.
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Das Mehrstufengetriebe ist dazu vorgesehen, eine nicht näher dargestellte Brennkraftmaschine mit zumindest einem nicht näher dargestellten Achsantrieb für einen Antrieb von Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs zu verbinden. Mittels des Mehrstufengetriebes kann ein Übersetzungsverhältnis zwischen der Brennkraftmaschine und dem Achsantrieb verändert werden. Das Mehrstufengetriebe kann zur Bereitstellung einer Hybridfunktionalität mit einem Hybridantriebsmodul verbunden werden, mittels dessen ein Antriebsmoment verändert werden kann. Weiter kann mittels des Hybridantriebsmoduls und dem Mehrstufengetriebe ein CVT realisiert werden, wodurch ein Mehrstufengetriebe realisiert werden kann, deren Übersetzungsverhältnis zumindest in Teilbereichen stufenlos eingestellt werden kann. Insbesondere ist es dabei denkbar, zumindest einen Elektromotor in den Zahnradsatz zu integrieren, um ein Hybridantriebsmodul bereitzustellen.
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Das Mehrstufengetriebe weist ein Getriebeeingangselement 10a auf, das dazu vorgesehen ist, ein von der Brennkraftmaschine abgegebenes Antriebsmoment in das Mehrstufengetriebe einzuleiten. Das Getriebeeingangselement 10a ist dazu vorgesehen, in montiertem Zustand drehfest mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden zu werden. Grundsätzlich können zwischen dem Getriebeeingangselement 10a und der Brennkraftmaschine weitere Bauteile, wie beispielsweise ein Schwingungsdämpfer, eine Anfahrkupplung, eine Trennkupplung oder ein Drehmomentwandler, angeordnet sein. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und das Getriebeeingangselement 10a permanent drehfest miteinander zu verbinden. Das Getriebeeingangselement 10a kann unterschiedlich ausgebildet sein, wie beispielsweise als eine Welle oder als ein Flansch.
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Weiter weist das Mehrstufengetriebe ein Getriebeausgangselement 11a auf, das dazu vorgesehen ist, ein Antriebsmoment aus dem Mehrstufengetriebe auszuleiten. Das Getriebeausgangselement 11a ist dazu vorgesehen, in montiertem Zustand permanent drehfest mit dem Achsantrieb des Kraftfahrzeugs verbunden zu werden. Dem Getriebeausgangselement 11a können unterschiedliche Module nachgeschaltet werden, mittels derer das aus dem Mehrstufengetriebe ausgeleitete Moment auf die Antriebsräder verteilt werden kann, wie beispielsweise ein Differentialgetriebe, das für einen Drehzahlausgleich zwischen den Antriebsrädern vorgesehen ist, oder ein Allradantriebsmodul, das das Antriebsmoment auf zwei verschiedene Antriebsachsen verteilt. Das Getriebeausgangselement 11a kann unterschiedlich ausgebildet sein, wie beispielsweise als eine Welle, als ein Stirnrad oder als ein Ritzel.
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Das Getriebeeingangselement 10a und das Getriebeausgangselement 11a können grundsätzlich beliebig zueinander angeordnet sein. Das dargestellte Mehrstufengetriebe ist insbesondere für einen Front-Quer-Einbau vorgesehen, bei welchem die Planetenradstufen P1a, P2a, P1a, P4a zumindest teilweise gestapelt sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a axial auf einer Seite des Getriebeeingangselements 10a und des Getriebeausgangselements 11a angeordnet. Grundsätzlich ist auch denkbar, das Getriebeausgangselement 11a zwischen zwei der Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a anzuordnen. Zur Umgestaltung des Mehrstufengetriebes, beispielsweise für einen Front-Längs-Einbau, ist es möglich, eine Reihenfolge der Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a entlang der Hauptrotationsachse zu ändern. Das Mehrstufengetriebe weist drei Ebenen auf, in denen die Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a angeordnet sind. Eine Nummerierung der Ebene ist im Folgenden auf das Getriebeeingangselement 10a bezogen. Die erste Ebene weist einen kleineren Abstand zu der Brennkraftmaschine auf als die letzte Ebene.
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Die erste Planetenradstufe P1a ist entlang der Hauptrotationsachse in der dritten Ebene angeordnet. Die erste Planetenradstufe P1a weist einen Einfachplanetenradsatz auf und umfasst ein erstes Sonnenrad P11a, ein erstes Hohlrad P13a und einen ersten Planetenradträger P12a. Der Planetenradträger P12a führt Planetenräder P14a auf einer Kreisbahn. Die Planetenräder P14a kämmen mit dem Sonnenrad P11a und mit dem Hohlrad P13a. Die Planetenräder P14a sind drehbar auf dem Planetenradträger P12a gelagert.
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Die zweite Planetenradstufe P2a ist entlang der Hauptrotationsachsein in der zweiten Ebene angeordnet. Die zweite Planetenradstufe P2a ist entlang der Hauptrotationsachse auf einer dem Getriebeeingangselement 10a abgewandten Seite der ersten Planetenradstufe P1a angeordnet. Die zweite Planetenradstufe P2a weist einen Einfachplanetenradsatz auf und umfasst ein zweites Sonnenrad P21a, ein zweites Hohlrad P23a und einen zweiten Planetenradträger P22a. Der Planetenradträger P22a führt Planetenräder P24a auf einer Kreisbahn. Die Planetenräder P24a kämmen mit dem Sonnenrad P21a und mit dem Hohlrad P23a. Die Planetenräder P24a sind drehbar auf dem Planetenradträger P22a gelagert.
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Die dritte Planetenradstufe P3a ist entlang der Hauptrotationsachse in der ersten Ebene angeordnet. Die dritte Planetenradstufe P3a ist entlang der Hauptrotationsachse auf einer dem Getriebeeingangselement 10a abgewandten Seite der zweiten Planetenradstufe P2a angeordnet. Die dritte Planetenradstufe P3a weist einen Doppelplanetenradsatz auf und umfasst ein drittes Sonnenrad P31a, ein drittes Hohlrad P33a und einen dritten Planetenradträger P32a. Der Planetenradträger P32a führt Planetenräder P34a, P35a auf einer Kreisbahn. Die Planetenräder P34a kämmen mit dem Sonnenrad P31a und mit den Planetenrädern P35a. Die Planetenräder P35a kämmen mit dem Hohlrad P33a. Der Planetenradträger P32a ist als ein Doppelplanetenradträger ausgebildet, der die Planetenräder P34a, P35a drehbar lagert.
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Die vierte Planetenradstufe P4a ist entlang der Hauptrotationsachse ebenfalls in der ersten Ebene angeordnet. Die vierte Planetenradstufe P4a ist entlang der Hauptrotationsachse auf einer gleicher Höhe mit der dritten Planetenradstufe P3a angeordnet. Die vierte Planetenradstufe P4a weist einen Einfachplanetenradsatz auf und umfasst ein viertes Sonnenrad P41a, ein viertes Hohlrad P43a und einen vierten Planetenradträger P42a. Der Planetenradträger P42a führt Planetenräder P44a auf einer Kreisbahn. Die Planetenräder P44a kämmen mit dem Sonnenrad P41a und mit dem Hohlrad P43a. Die Planetenräder P44a sind drehbar auf dem Planetenradträger P42a gelagert.
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Vier der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a sind als Kupplungen ausgebildet. Die als Kupplungen ausgebildeten Schalteinheiten S3a, S4a, S5a, S6a weisen jeweils ein erstes drehbar gelagertes Kopplungselement S31a, S41a, S51a, S61a und ein zweites drehbar gelagertes Kopplungselement S32a, S42a, S52a, S62a auf. Die Schalteinheiten S3a, S4a, S5a, S6a sind jeweils dazu vorgesehen, ihre beiden Kopplungselemente S31a, S32a, S41a, S42a, S51a, S52a, S61a, S62a drehfest miteinander zu verbinden. Jedes der Kopplungselemente S31a, S32a, S41a, S42a, S51a, S52a, S61a, S62a der Schalteinheiten S3a, S4a, S5a, S6a ist mit zumindest einem der Sonnenräder P11a, P21a, P31a, P41a, einem der Planetenradträger P12a, P22a, P32a, P42a und/oder einem der Hohlräder P13a, P23a, P33a, P43a permanent drehfest verbunden.
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Zwei der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a sind als Bremsen ausgebildet. Die als Bremsen ausgebildeten Schalteinheiten S1a, S2a weisen jeweils ein drehbar gelagertes Kopplungselement S11a, S21a und ein gehäusefest angeordnetes Kopplungselement S12a, S22a auf. Die Schalteinheiten S1a, S2a sind jeweils dazu vorgesehen, ihr drehbar gelagertes Kopplungselement S11a, S21a drehfest mit dem Getriebegehäuse 12a zu verbinden. Jedes der Kopplungselemente S11a, S21a der Schalteinheiten S1a, S2a ist mit zumindest einem der Sonnenräder P11a, P21a, P31a, P41a, einem der Planetenradträger P12a, P22a, P32a, P42a und/oder einem der Hohlräder P13a, P23a, P33a, P43a permanent drehfest verbunden. Die gehäusefest angeordneten Kopplungselemente S12a, S22a der Schalteinheiten S1a, S2a sind permanent drehfest mit dem Getriebegehäuse 12a verbunden.
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Zur Verbindung der Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a untereinander und mit den Kopplungselementen S11a–S62a umfasst das Mehrstufengetriebe eine Mehrzahl von Getriebeelementen 13a, 14a, 15a, 16a, 17a, 18a. Die Getriebeelemente 13a, 14a, 15a, 16a, 17a, 18a sind dazu vorgesehen, Drehmomente und/oder Drehbewegungen innerhalb des durch die Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a ausgebildeten Zahnradsatzes abzustützen und/oder zu übertragen. Jedes der Getriebeelemente 13a, 14a, 15a, 16a, 17a, 18a verbindet zumindest zwei der Sonnenräder P11a, P21a, P31a, P41a, Planetenradträger P12a, P22a, P32a, P42a, Hohlräder P13a, P23a, P33a, P43a und/oder Kopplungselemente S11a–S62a permanent drehfest miteinander oder stützt zumindest eines der Sonnenräder P11a, P21a, P31a, P41a, Planetenradträger P12a, P22a, P32a, P42a und/oder Hohlräder P13a, P23a, P33a, P43a permanent gegen das Getriebegehäuse 12a ab.
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Das Getriebeeingangselement 10a bildet eine zur Anbindung an die Brennkraftmaschine vorgesehene Getriebeeingangswelle aus, durch die das Getriebeeingangselement 10a, das erste Kopplungselement S31a der dritten Schalteinheit S3a und das erste Kopplungselement S41a der vierten Schalteinheit S4a permanent drehfest miteinander verbunden sind. Die durch das Getriebeeingangselement 10a ausgebildete Getriebeeingangswelle durchsetzt die vier Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a.
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Das Getriebeausgangselement 11a bildet eine zur Anbindung des Achsantriebs vorgesehene Getriebeausgangswelle aus, durch die das Getriebeausgangselement, das zweite Kopplungselement S52a der fünften Schalteinheit S5a und das Hohlrad P43a der vierten Planetenradstufe P4a permanent drehfest miteinander verbunden sind. Die durch das Getriebeausgangselement 11a ausgebildete Getriebeausgangswelle umschließt die gestapelten Planetenradstufen P3a, P4a und die zweite Planetenradstufe P2a.
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Das Getriebeelement 13a bildet eine Zwischenwelle aus, die das zweite Kopplungselement S42a der vierten Schalteinheit S4a, das Hohlrad P13a der ersten Planetenradstufe P1a und das zweite Kopplungselement S62a der sechsten Schalteinheit S6a permanent drehfest miteinander verbindet. Die durch das Getriebeelement 13a ausgebildete Zwischenwelle umschließt die erste Planetenradstufe P1a.
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Das Getriebeelement 14a bildet eine Zwischenwelle aus, die das zweite Kopplungselement S32a der dritten Schalteinheit S3a, den Planetenradträger P12a der ersten Planetenradstufe P1a und das Sonnenrad P21a der zweiten Planetenradstufe P2a permanent drehfest miteinander verbindet. Die durch das Getriebeelement 14a ausbildete Zwischenwelle durchsetzt die erste Planetenradstufe P1a und ist zur Anbindung des Sonnenrads P21a zwischen der ersten Planetenradstufe P1a und der zweiten Planetenradstufe P2a radial nach innen geführt.
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Das Getriebeelement 15a bildet eine Zwischenwelle aus, die das Sonnenrad P11a der ersten Planetenradstufe P1a, das Sonnenrad P31a der dritten Planetenradstufe P3a und das erste Kopplungselement S11a der ersten Schalteinheit S1a permanent drehfest miteinander verbindet. Die durch das Getriebeelement 15a ausgebildete Zwischenwelle durchsetzt die Planetenradstufe P2a. Sie ist radial innen an die Sonnenräder P11a, P31a angebunden.
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Das Getriebeelement 16a bildet eine Zwischenwelle aus, die das erste Kopplungselement S61a der sechsten Schalteinheit S6a, das erste Kopplungselement S51a der fünften Schalteinheit S5a und den Planetenradträger P22a der zweiten Planetenradstufe P2a permanent drehfest miteinander verbindet. Die durch das Getriebeelement 16a ausgebildete Zwischenwelle bildet lediglich eine radiale Anbindung der Kopplungselemente S51a, S61a an den Planetenradträger P22a aus.
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Das Getriebeelement 17a bildet eine Zwischenwelle aus, die das Sonnenrad P21a der zweiten Planetenradstufe P2a, den Planetenradträger P42a der vierten Planetenradstufe P4a und das erste Kopplungselement S21a der zweiten Schalteinheit S2a permanent drehfest miteinander verbindet. Die durch das Getriebeelement 17a ausgebildete Zwischenwelle ist innerhalb der durch das Getriebeausgangselement 11a ausgebildeten Getriebeausgangswelle geführt. Die durch das Getriebeelement 17a ausgebildete Zwischenwelle durchsetzt den Planetenradträger P42a und ist zur Anbindung des Kopplungselements S21a eingangsseitig der Planetenradstufen P3a, P4a radial nach innen geführt.
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Das Getriebeelement 18a bildet eine Gehäuseabstützung aus, die den Planetenradträger P32a permanent drehfest mit dem Getriebegehäuse 12a verbindet. Das Getriebeelement 18a ist zudem zur Abstützung der Kopplungselemente S12a, S22a der als Bremsen ausgebildeten Schalteinheiten S1a, S2a vorgesehen.
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Das Hohlrad P33a der dritten Planetenradstufe P3a und das Sonnenrad P41a der vierten Planetenradstufe P4a sind einstückig ausgeführt. Grundsätzlich ist auch eine mehrteilige Ausgestaltung denkbar. Insbesondere kann das Mehrstufengetriebe ein zusätzliches Getriebeelement aufweise, das für eine Verbindung des Hohlrads P33a und des Sonnenrads P41a vorgesehen ist.
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Die Schalteinheiten S1a, S2a sind eingangsseitig der Planetenradstufen P3a, P4a angeordnet. Die erste Schalteinheit S1a ist dazu vorgesehen, das Hohlrad P23a der zweiten Planetenradstufe P2a und den Planetenradträger P42a der vierten Planetenradstufe P4a gehäusefest anzuordnen. Die zweite Schalteinheit S2a ist dazu vorgesehen, das Sonnenrad P11a der ersten Planetenradstufe P1a und das Sonnenrad P31a der dritten Planetenradstufe P3a gehäusefest anzuordnen.
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Die Schalteinheiten S5a, S6a sind zwischen der zweiten Planetenradstufe P2a und der ersten Planetenradstufe P1a angeordnet. Die fünfte Schalteinheit S5a ist dazu vorgesehen, den Planetenradträger P22a der zweiten Planetenradstufe P2a, das Hohlrad P43a der vierten Planetenradstufe P4a und das Getriebeausgangselement 11a drehfest miteinander zu verbinden. Die sechste Schalteinheit S6a ist dazu vorgesehen, das Hohlrad P13a der ersten Planetenradstufe P1a und den Planetenradträger P22a der zweiten Planetenradstufe P2a drehfest miteinander zu verbinden.
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Die Schalteinheiten S3a, S4a sind auf einer dem Getriebeeingangselement 10a abgewandten Seite der ersten Planetenradstufe P1a angeordnet. Die dritte Schalteinheit S3a ist dazu vorgesehen, das Getriebeeingangselement 10a, den Planetenradträger P12a der ersten Planetenradstufe P1a und das Sonnenrad P21a der zweiten Planetenradstufe P2a drehfest miteinander zu verbinden. Die vierte Schalteinheit S4a ist dazu vorgesehen, das Getriebeeingangselement 10a und das Hohlrad P13a der ersten Planetenradstufe P1a drehfest miteinander zu verbinden.
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Grundsätzlich ist auch eine andere Anordnung der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a möglich. Die Schalteinheiten S1a, S2a, S4a, S5a, S6a sind außenliegend ausgeführt, d. h. eine Betätigungsmittelversorgung der Schalteinheiten S1a, S2a, S4a, S5a, S6a ist ohne Durchführung von Betriebsmittelleitungen durch ein drehbar gelagertes Bauteil realisierbar. Die Schalteinheit S3a ist innenliegend ausgeführt, d. h. die Betätigungsmittelversorgung der Schalteinheit S3a erfordert eine Betriebsmitteldurchführung durch ein drehbar gelagertes Bauteil. Sämtliche Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a sind hydraulisch betätigt.
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Bei einer Hybridisierung, d. h. in einer Ausgestaltung für einen Hybridantriebsstrang, ist das Getriebeelement 15a für eine Anbindung eines Elektromotors vorgesehen. Der Elektromotor ist dabei vorzugsweise eingangsseitig der Planetenradstufen P3a, P4a angeordnet.
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4 zeigt als zweites Ausführungsbeispiel ein Getriebeschema eines Mehrstufengetriebes für ein Kraftfahrzeug, das zumindest konstruktiv zur Schaltung von zumindest zehn Vorwärtsgetriebegängen und zumindest einem Rückwärtsgetriebegang vorgesehen ist. Das Getriebeschema entspricht strukturell dem der 1.
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Das Mehrstufengetriebe umfasst ein Getriebeeingangselement 10b zur drehfesten Anbindung einer Brennkraftmaschine und ein Getriebeausgangselement 11b zur drehfesten Anbindung eines Achsantriebs. Zudem umfasst das Mehrstufengetriebe einen Zahnradsatz mit einer ersten Planetenradstufe P1b, einer zweiten Planetenradstufe P2b, einer dritten Planetenradstufe P3b und einer vierten Planetenradstufe P4b, die jeweils ein Sonnenrad P11b, P21b, P31b, P41b, ein Hohlrad P13b, P23b, P33b, P43b und einen Planetenradträger P12b, P22b, P32b, P42b, welcher Planetenräder P14b, P24b, P34b, P35b, P44b in einer Kreisbahn um das entsprechende Sonnenrad P11b, P21b, P31b, P41b führt, aufweisen. Weiter umfasst das Mehrstufengetriebe sechs Schalteinheiten S1b, S2b, S3b, S4b, S5b, S6b, die jeweils zwei Kopplungselemente S11b, S12b, S21b, S22b, S31b, S32b, S41b, S42b, S51b, S52b, S61b, S62b aufweisen. Zur Übertragung von Leistungsflüssen zwischen den Planetenradstufen P1b, P2b, P3b, P4b und/oder zur Abstützung gegen ein Getriebegehäuse 12b umfasst das Mehrstufengetriebe eine Mehrzahl von Getriebeelementen 13b, 14b, 15b, 16b, 17b, 18b, 19b.
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Das Getriebeschema unterscheidet sich insbesondere in einer Anordnung der Planetenradstufen P1b, P2b, P3b, P4b von dem des vorangegangenen Ausführungsbeispiels. Das Getriebeschema ist insbesondere für einen Front-Längs-Einbau vorgesehen. Das Mehrstufengetriebe weist eine Hauptrotationsachse auf, entlang der die Planetenradstufen P1b, P2b, P3b, P4b axial hintereinander angeordnet sind. Das Getriebeelement 19b ist als eine Zwischenwelle ausgebildet, die das Sonnenrad P41b und das Hohlrad P33b verbindet.
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Das Mehrstufengetriebe weist vier Ebenen auf, in denen die Planetenradstufen P1b, P2b, P3b, P4b angeordnet sind. Die dritte Planetenradstufe P3b ist entlang der Hauptrotationsachse in der ersten Ebene angeordnet. Die vierte Planetenradstufe P4b ist entlang der Hauptrotationsachse in der zweiten Ebene angeordnet. Die zweite Planetenradstufe P2b ist in der dritten Ebene angeordnet. Die erste Planetenradstufe P1b ist in der vierten Ebene angeordnet. Die Schalteinheit S1b ist eingangsseitig der dritten Planetenradstufe P3b angeordnet. Die Schalteinheit S2b ist zwischen der dritten Planetenradstufe P3b und der vierten Planetenradstufe P4b angeordnet. Die Schalteinheiten S5b, S6b sind zwischen der zweiten Planetenradstufe P2b und der ersten Planetenradstufe P1b angeordnet. Die Schalteinheiten S3b, S4b sind ausgangsseitig der ersten Planetenradstufe P1b angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Getriebeeingangselement
- 11
- Getriebeausgangselement
- 12
- Getriebegehäuse
- 13
- Getriebeelement
- 14
- Getriebeelement
- 15
- Getriebeelement
- 16
- Getriebeelement
- 17
- Getriebeelement
- 18
- Getriebeelement
- 19
- Getriebeelement
- P1
- Planetenradstufe
- P11
- Sonnenrad
- P12
- Planetenradträger
- P13
- Hohlrad
- P14
- Planetenräder
- P2
- Planetenradstufe
- P21
- Sonnenrad
- P22
- Planetenradträger
- P23
- Hohlrad
- P24
- Planetenräder
- P3
- Planetenradstufe
- P31
- Sonnenrad
- P32
- Planetenradträger
- P33
- Hohlrad
- P34
- Planetenräder
- P35
- Planetenräder
- P4
- Planetenradstufe
- P41
- Sonnenrad
- P42
- Planetenradträger
- P43
- Hohlrad
- P44
- Planetenräder
- S1
- Schalteinheit
- S11
- Kopplungselement
- S12
- Kopplungselement
- S2
- Schalteinheit
- S21
- Kopplungselement
- S22
- Kopplungselement
- S3
- Schalteinheit
- S31
- Kopplungselement
- S32
- Kopplungselement
- S4
- Schalteinheit
- S41
- Kopplungselement
- S42
- Kopplungselement
- S5
- Schalteinheit
- S51
- Kopplungselement
- S52
- Kopplungselement
- S6
- Schalteinheit
- S61
- Kopplungselement
- S62
- Kopplungselement
- V1
- Vorwärtsgetriebegang
- V2
- Vorwärtsgetriebegang
- V3
- Vorwärtsgetriebegang
- V4
- Vorwärtsgetriebegang
- V5
- Vorwärtsgetriebegang
- V6
- Vorwärtsgetriebegang
- V7
- Vorwärtsgetriebegang
- V8
- Vorwärtsgetriebegang
- V9
- Vorwärtsgetriebegang
- V10
- Vorwärtsgetriebegang
- R1
- Rückwärtsgetriebegang
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008055626 A1 [0002]
