DE102016211519A1

DE102016211519A1 - Mehrstufengetriebe

Info

Publication number: DE102016211519A1
Application number: DE102016211519.7A
Authority: DE
Inventors: Stefan Beck; Michael Wechs; Marc Seeberger; Jens Moraw; Gerhard Niederbrucker
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-06-27
Filing date: 2016-06-27
Publication date: 2017-12-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe (100; 200), insbesondere für einen Antrieb eines Kraftfahrzeuges, aufweisend • eine Getriebeeingangswelle (1) als erste Welle und eine Getriebeausgangswelle (2) als zweite Welle, • einen Planetenradsatz (RS) mit wenigstens drei Getriebegliedern, • drei Stirnradstufen (ST1, ST2, ST3) mit jeweils wenigstens zwei Getriebegliedern und • mehrere Schaltelemente (10, 20, 30, 40, 50), deren selektives Schalten verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Getriebeeingangswelle (1) und der Getriebeausgangswelle (2) bewirkt. Es ist vorgesehen, dass zwei der Getriebeglieder des Planetenradsatzes (RS) in einer festen Wirkverbindung stehen, indem eines der beiden Getriebeglieder mit einer der Stirnradstufen (ST1, ST2, ST3) und das andere der beiden Getriebeglieder mit der Getriebeausgangswelle (2) wirkverbunden sind, und das verbleibende Getriebeglied des Planetenradsatzes (RS) mit einer anderen der Stirnradstufen (ST1, ST2, ST3) wirkverbindbar und/oder gegen ein gehäusefestes Bauteil (G) festsetzbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe, insbesondere für einen 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.
Um der Anforderung eines verminderten CO2-Ausstoßes der Fahrzeuge gerecht zu werden, weisen die Mehrstufengetriebe mittlerweile eine relativ große Anzahl an Gangstufen auf. Die Mehrstufengetriebe sind dadurch räumlich relativ aufbauend. Auch sind die zugrunde liegenden Getriebekonzepte relativ komplex und damit aufwändig und teuer. Nicht zuletzt deswegen kommen solche Mehrstufengetriebe bei Kraftfahrzeugen bisher vorrangig im Premiumsegment zum Einsatz.
Einer Ausführungsform der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehrstufengetriebe der eingangs genannten Art bereit zu stellen, welches kompakt baut, sich einfach und kostengünstig realisieren lässt und bei einer Anbindung an eine Verbrennungskraftmaschine einen kraftstoffsparenden Betrieb ermöglicht, beispielsweise um es in Klein- und/oder Kompaktwagen einsetzen zu können. Ferner soll das Mehrstufengetriebe für eine Hybridisierung geeignet sein.
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 Mehrstufengetriebe, insbesondere lastschaltbares Mehrstufengetriebe, vorgesehen. Insbesondere ist das Mehrstufengetriebe für einen Antrieb beispielsweise eines Kraftfahrzeuges geeignet. Das Mehrstufengetriebe hat eine Getriebeeingangswelle als erste Welle und eine Getriebeausgangswelle als zweite Welle. Insbesondere ist die Getriebeeingangswelle dazu vorgesehen, mit einer Antriebsmaschine, wie beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine, triebverbunden zu werden.
Das Mehrstufengetriebe hat ferner einen Planetenradsatz und drei Stirnradstufen, insbesondere ausschließlich einen Planetenradsatz und/oder ausschließlich drei Stirnradstufen. Der Planetenradsatz hat wenigstens drei Getriebeglieder, insbesondere ausschließlich drei Getriebeglieder, und die Stirnradstufen enthalten jeweils wenigstens zwei Getriebeglieder, insbesondere ausschließlich zwei Getriebeglieder. Insbesondere weisen die Stirnradstufen zueinander eine unterschiedliche Übersetzung auf. Das Mehrstufengetriebe hat darüber hinaus mehrere Schaltelemente, deren selektives Schalten verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Getriebeeingangswelle und der Getriebeausgangswelle bewirkt.
Es ist vorgesehen, dass zwei der Getriebeglieder des Planetenradsatzes in einer festen Wirkverbindung stehen, indem eines der beiden Getriebeglieder mit einer der Stirnradstufen und das andere der beiden Getriebeglieder mit der Getriebeausgangswelle wirkverbunden sind, insbesondere drehfest verbunden sind. Es ist ferner vorgesehen, dass das verbleibende Getriebeglied des Planetenradsatzes mit einer anderen der Stirnradstufen wirkverbindbar ist, insbesondere drehfest verbindbar ist, und/oder gegen ein gehäusefestes Bauteil festsetzbar ist, insbesondere drehfest anbindbar ist.
Dadurch sind der Planetenradsatz und die Stirnradstufen in einer Art und Weise miteinander kombiniert, durch welche mit geringem Bauaufwand ein Mehrganggetriebe, beispielsweise ein Fünfganggetriebe, realisiert werden kann, das einen relativ hohen Wirkungsgrad hat und vergleichsweise kostengünstig hergestellt werden kann. Indem ein Planetenradsatz, insbesondere nur ein Planetenradsatz, vorgesehen ist, ist zudem ein einfacher Aufbau des Mehrstufengetriebes erreicht. Der Planetenradsatz selbst ermöglicht darüber hinaus eine kompakte Bauweise des Getriebes. Durch die drei Stirnradstufen, insbesondere die nur drei Stirnradstufen, ist ebenfalls ein einfacher Aufbau des Mehrstufengetriebes in einer kompakten Bauweise begünstigt. Insofern bietet sich das Mehrstufengetriebe für einen Einsatz in Klein- und/oder Kompaktwagen an.
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, welcher 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.
Es kann vorgesehen sein, dass die verbleibende Stirnradstufe mit der Getriebeausgangswelle wirkverbunden ist, insbesondere drehfest verbunden ist, und/oder mit der einen Stirnradstufe wirkverbindbar ist, insbesondere drehfest verbindbar ist. Alternativ kann die verbleibende Stirnradstufe mit der einen Stirnradstufe wirkverbunden sein, insbesondere drehfest verbunden sein, und/oder mit der Getriebeausgangswelle wirkverbindbar sein, insbesondere drehfest verbindbar sein. Auch kann es vorgesehen sein, dass die Getriebeeingangswelle mit der einen anderen Stirnradstufe wirkverbunden ist, insbesondere wirkverbindbar ist. Diese Maßnahmen zielen darauf ab, die miteinander kombinierten Einzelgetriebe in technisch einfacher Weise derart zu nutzen oder nutzbar zu machen, dass ein oder mehrere Leistungswege von der Getriebeeingangswelle zu der Getriebeausgangswelle bereit gestellt sind, um ein Mehrganggetriebe, beispielsweise Fünfganggetriebe, auszubilden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass bezüglich des Planetenradsatzes die Getriebeglieder durch ein 1. Getriebeglied, ein 2. Getriebeglied und ein 3. Getriebeglied gebildet sind oder ein 1. Getriebeglied, ein 2. Getriebeglied und ein 3. Getriebeglied aufweisen. Es kann ferner vorgesehen sein, dass bezüglich der Stirnradstufen, aufweisend eine erste Stirnradstufe, eine zweite Stirnradstufe und eine dritte Stirnradstufe, die Getriebeglieder jeweils durch ein 1. Stirnrad und ein 2. Stirnrad gebildet sind oder ein 1. Stirnrad und ein 2. Stirnrad aufweisen.
Ein möglicher mechanischer Aufbau des Mehrstufengetriebes besteht darin, dass bezüglich des Planetenradsatzes das 1. Getriebeglied mit einer dritten Welle, das 2. Getriebeglied mit einer vierten Welle und das 3. Getriebeglied mit der Getriebeausgangswelle drehfest verbunden sind, bezüglich der ersten Stirnradstufe das 1. Stirnrad mit einer fünften Welle und das 2. Stirnrad mit der Getriebeausgangswelle drehfest verbunden sind, bezüglich der zweiten Stirnradstufe das 1. Stirnrad mit einer sechsten Welle und das 2. Stirnrad mit der dritten Welle drehfest verbunden sind und bezüglich der dritten Stirnradstufe das 1. Stirnrad mit der Getriebeeingangswelle und das 2. Stirnrad mit einer siebten Welle drehfest verbunden sind. Es ist dadurch ein mechanisch relativ einfacher und kompakter Systemaufbau mit dem einen Planetenradsatz und den drei Stirnradstufen realisiert. Zugleich kann in technisch einfacher Weise eine Elektromaschine integriert werden, beispielsweise indem dazu die Elektromaschine an eine der Stirnradstufen angebunden wird, so dass eine Hybridisierung des Mehrstufengetriebes realisiert ist.
Eine mögliche Verschaltung der Komponenten des Mehrstufengetriebes kann nach einer Ausgestaltung der Erfindung derart realisiert sein, dass die vierte Welle über ein erstes Schaltelement gegen das gehäusefeste Bauteil oder ein gehäusefestes Bauteil festsetzbar ist, insbesondere mit dem gehäusefesten Bauteil drehfest verbindbar ist, die Getriebeeingangswelle über ein zweites Schaltelement mit der sechsten Welle wirkverbindbar ist, insbesondere drehfest verbindbar ist, die dritte Welle über ein drittes Schaltelement und die vierte Welle über ein viertes Schaltelement jeweils mit der siebten Welle wirkverbindbar sind, insbesondere drehfest verbindbar sind, und die fünfte Welle über ein fünftes Schaltelement mit der sechsten Welle wirkverbindbar ist, insbesondere drehfest verbindbar ist. Es ist bei dieser Ausgestaltung das fünfte Schaltelement der fünften Welle und der sechsten Welle zugeordnet, so dass dadurch das 1. Stirnrad der ersten Stirnradstufe mit der zweiten Stirnradstufe wirkverbindbar ist. Das 2. Stirnrad der ersten Stirnradstufe liegt dagegen in fester Wirkverbindung mit der Getriebeausgangswelle vor.
Durch eine solche Anordnung und Verschaltung der Komponenten des Mehrstufengetriebes lässt sich das Mehrstufengetriebe in einfacher Weise realisieren, indem beispielsweise nur ein Planetenradsatz, nur drei Stirnradstufen und nur fünf Schaltelemente genutzt sind. Zugleich ist dadurch das Mehrstufengetriebe in kompakter Bauweise mit geringer Bauteilbelastung, geringen Getriebeverlusten, gutem Verzahnungswirkungsgrad und guter Übersetzungsreihe zu realisieren.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht ein mechanischer Aufbau des Mehrstufengetriebes darin, dass bezüglich des Planetenradsatzes das 1. Getriebeglied mit einer dritten Welle, das 2. Getriebeglied mit einer vierten Welle und das 3. Getriebeglied mit der Getriebeausgangswelle drehfest verbunden sind, bezüglich der ersten Stirnradstufe das 1. Stirnrad mit einer sechsten Welle und das 2. Stirnrad mit einer fünften Welle drehfest verbunden sind, bezüglich der zweiten Stirnradstufe das 1. Stirnrad mit der sechsten Welle und das 2. Stirnrad mit der dritten Welle drehfest verbunden sind und bezüglich der dritten Stirnradstufe das 1. Stirnrad mit der Getriebeeingangswelle und das 2. Stirnrad mit einer siebten Welle drehfest verbunden sind. Auch dadurch ist ein mechanisch relativ einfacher und kompakter Systemaufbau mit dem einen Planetenradsatz und den drei Stirnradstufen realisiert. Zugleich kann in technisch einfacher Weise eine Elektromaschine integriert werden, beispielsweise indem dazu die Elektromaschine an eine der Stirnradstufen angebunden wird, so dass eine Hybridisierung des Mehrstufengetriebes realisiert ist.
Eine Verschaltung der Komponenten insbesondere dieser Ausführungsform des Mehrstufengetriebes kann derart realisiert sein, dass die vierte Welle über ein erstes Schaltelement gegen das gehäusefeste Bauteil oder ein gehäusefestes Bauteil festsetzbar ist, insbesondere mit dem gehäusefesten Bauteil drehfest verbindbar ist, die Getriebeeingangswelle über ein zweites Schaltelement mit der sechsten Welle wirkverbindbar ist, insbesondere drehfest verbindbar ist, die dritte Welle über ein drittes Schaltelement und die vierte Welle über ein viertes Schaltelement jeweils mit der siebten Welle wirkverbindbar sind, insbesondere drehfest verbindbar sind, und die fünfte Welle über ein fünftes Schaltelement mit der Getriebeausgangswelle wirkverbindbar ist, insbesondere drehfest verbindbar ist. Es ist bei dieser Getriebevariante das fünfte Schaltelement der fünften Welle und der Getriebeausgangswelle zugeordnet, so dass dadurch das 2. Stirnrad der ersten Stirnradstufe mit der Getriebeausgangswelle wirkverbindbar ist. Das 1. Stirnrad der ersten Stirnradstufe liegt dagegen in fester Wirkverbindung mit der sechsten Welle und damit mit der zweiten Stirnradstufe vor.
Auch bei dieser Ausführungsform lässt sich durch die vorstehend beschriebene Anordnung und Verschaltung der Komponenten das Mehrstufengetriebe in einfacher Weise realisieren, indem beispielsweise nur zwei Planetenradsätze, nur zwei Stirnradstufen und nur fünf Schaltelemente genutzt sind. Zugleich ist dadurch das Mehrstufengetriebe in kompakter Bauweise mit geringer Bauteilbelastung, geringen Getriebeverlusten, gutem Verzahnungswirkungsgrad und guter Übersetzungsreihe zu realisieren.
Bei den vorstehend beschriebenen Varianten bezüglich der Verschaltung der Komponenten des Mehrstufengetriebes und der Anordnung der Schaltelemente ist es möglich, dass wenigstens ein, vorzugsweise fünf Vorwärtsgänge, insbesondere mechanische Vorwärtsgänge, wahlweise schaltbar sind. Auch ist es dadurch möglich, dass wenigstens ein, vorzugsweise zwei Rückwärtsgänge, insbesondere mechanische Rückwärtsgänge, wahlweise schaltbar sind.
Die wahlweise schaltbaren Vorwärtsgänge sind nach einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch realisiert, dass in einem 1. Vorwärtsgang das dritte Schaltelement und das fünfte Schaltelement geschlossen sind, in einem 2. Vorwärtsgang das zweite Schaltelement und das fünfte Schaltelement geschlossen sind, in einem 3. Vorwärtsgang das vierte Schaltelement und das fünfte Schaltelement geschlossen sind, in einem 4. Vorwärtsgang das zweite Schaltelement und das vierte Schaltelement geschlossen sind und/oder in einem 5. Vorwärtsgang das dritte Schaltelement und das vierte 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.
Die wahlweise schaltbaren Rückwärtsgänge sind nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch realisiert, dass in einem 1. Rückwärtsgang das erste Schaltelement und das dritte Schaltelement geschlossen sind und/oder in einem 2. Rückwärtsgang das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement geschlossen sind. Dadurch sind die Rückwärtsgänge jeweils mit einer Übersetzung zu realisieren, welche für einen Einsatz des Mehrstufengetriebes bei Klein- und/oder Kompaktwagen geeignet ist.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und Ausgestaltungen des Mehrstufengetriebes ist das erste Schaltelement als Bremse ausgebildet, da es gegen ein feststehendes Bauteil, nämlich das gehäusefeste Bauteil wirkt. Das zweite Schaltelement, das dritte Schaltelement, das vierte Schaltelement und das fünfte Schaltelement sind dagegen als Kupplung ausgebildet, da sie jeweils gegenüber drehbaren Bauteilen wirken.
Es kann das erste Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement, insbesondere Klauenschaltelement, ausgebildet sein. Ergänzend oder alternativ ist es möglich, dass das fünfte Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement, insbesondere Klauenschaltelement ausgebildet ist. Dadurch ist das erste Schaltelement bzw. das fünfte 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 erste Schaltelement und/oder das fünfte Schaltelement als reibschlüssiges, aber nicht reibleistungsfähiges Schaltelement ausgebildet sein, insbesondere um dadurch dynamisch geringen Beanspruchungen stand zuhalten. 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.
In die gleiche Richtung zielt die Maßnahme, wonach nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das zweite Schaltelement und/oder das dritte Schaltelement und/oder das vierte Schaltelement als ein solches reibschlüssiges, aber nicht reibleistungsfähiges Schaltelement ausgebildet ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Planetenradsatz als Minusgetriebe bzw. Minus-Planetenradsatz ausgebildet ist. Es kann dazu vorgesehen sein, dass das 1. Getriebeglied ein Sonnenrad, das 2. Getriebeglied ein Planetenradträger, insbesondere Steg, und das 3. Getriebeglied ein Hohlrad ist.
Alternativ kann es vorgesehen sein, dass der Planetenradsatz als Plusgetriebe bzw. Plus-Planetenradsatz ausgebildet ist. Dadurch ist gegenüber der Ausbildung als Minus-Getriebe der Betrag der Standübersetzung um eins erhöht. Beispielsweise ist der Plus-Planetenradsatz realisiert, indem das 1. Getriebeglied ein Sonnenrad, das 2. Getriebeglied ein Hohlrad und das 3. Getriebeglied ein Planetenradträger, insbesondere Steg, ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Getriebeeingangswelle getriebeeingangsseitig und die Getriebeausgangswelle getriebeausgangsseitig vorgesehen. Insbesondere sind die Getriebeeingangswelle zum drehfesten Anbinden an eine Abtriebswelle eines Antriebes, wie beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine oder einer sonstigen Kraftmaschine, und die Getriebeausgangswelle zum drehfesten Anbinden an einen Antriebsstrang, beispielsweise eines Kraftfahrzeuges, ausgebildet.
Es bietet sich an, dass die Getriebeeingangswelle und die Getriebeausgangswelle achsversetzt zueinander liegen, insbesondere achsparallel zueinander liegen. Dadurch ist eine Anordnung der Wellen zueinander erreicht, mit welcher das Mehrstufengetriebe für einen Front-Quer-Einbau oder einen Heck-Quer-Einbau in ein Kraftfahrzeug begünstigt ist. Dazu bietet es sich an, dass in axialer Richtung bezüglich der Getriebeausgangswelle und von der Getriebeausgangswelle ausgehend, die Reihenfolge erste Stirnradstufe, zweite Stirnradstufe, dritte Stirnradstufe, Planetenradsatz vorgesehen ist, wenn die Getriebeausgangswelle getriebeausgangsseitig realisiert ist. Alternativ kann auch eine umgekehrte Reihenfolge vorgesehen sein. Beispielsweise ist dann in axialer Richtung bezüglich der Getriebeausgangswelle und von der Getriebeausgangswelle ausgehend, die Reihenfolge Planetenradsatz, dritte Stirnradstufe, zweite Stirnradstufe, erste Stirnradstufe realisiert.
Auch kann der Planetenradsatz zwischen zwei der Stirnradstufen angeordnet sein. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass in axialer Richtung bezüglich der Getriebeausgangswelle und von der Getriebeausgangswelle ausgehend, die Reihenfolge erste Stirnradstufe, Planetenradsatz, zweite Stirnradstufe, dritte Stirnradstufe realisiert ist. Alternativ kann in axialer Richtung bezüglich der Getriebeausgangswelle und von der Getriebeausgangswelle ausgehend, die Reihenfolge dritte Stirnradstufe, zweite Stirnradstufe, Planetenradsatz, erste Stirnradstufe vorgesehen sein.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Elektromaschine vorgesehen, welche über eine Vorübersetzung oder direkt mit der Getriebeeingangswelle gekoppelt ist oder koppelbar ist. Dadurch ist in technisch einfacher Weise ein Hybridisierung des Mehrstufengetriebes zu erreichen, wobei der Elektromaschine sämtliche Gangstufen des Mehrstufengetriebes, insbesondere verbrennungsmotorische Gangstufen, ebenfalls zur Verfügung stehen. Beispielsweise ist die Elektromaschine mit einer der Stirnradstufen gekoppelt oder koppelbar. Beispielsweise ist die Elektromaschine mit der dritten Stirnradstufe, insbesondere dem 1. Stirnrad der dritten Stirnradstufe, gekoppelt oder koppelbar.
Es bietet sich an, dass eine Trennkupplung zum Abkoppeln eines mit der Getriebeeingangswelle triebverbundenen Antriebes, wie beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine oder einer sonstigen Kraftmaschine, genutzt ist. Dadurch kann in technisch einfacher Weise die Getriebeausgangswelle als gemeinsame Welle für den Antrieb und die Elektromaschine auch rein elektromotorisch betrieben werden, wenn durch die Trennkupplung der Antrieb abgekoppelt ist. Bei angekoppeltem Antrieb kann zusammen mit der Elektromaschine die Getriebeausgangswelle hybridisch angetrieben werden oder rein verbrennungsmotorisch, wenn die Elektromaschine stromlos ist und somit lediglich geschleppt wird.
Es bietet sich ferner an, dass die Elektromaschine, insbesondere eine oder die Abtriebswelle der Elektromaschine und/oder die Längsachse der Elektromaschine, und die Getriebeeingangswelle und/oder die Getriebeausgangswelle achsversetzt zueinander liegen, insbesondere achsparallel zueinander liegen. Dadurch ist auch bei vorgesehener Elektromaschine das Mehrstufengetriebe für einen Front-Quer-Einbau oder einen Heck-Quer-Einbau in ein Kraftfahrzeug begünstigt.
Es bietet sich ferner an, dass das Mehrstufengetriebe zusammen mit der Elektromaschine als Baueinheit vorliegt, welche beispielsweise werksseitig vorinstalliert sein kann. Es ergeben sich dadurch Montagevorteile, da beispielsweise im Falle einer Endmontage eines Kraftfahrzeuges bereits die vorinstallierte Baueinheit von Mehrstufengetriebe und Elektromaschine eingebaut werden kann.
Für den Fall einer Hybridisierung des Mehrstufengetriebes unter Nutzung einer Elektromaschine oder der vorstehend beschriebenen Elektromaschine bietet es sich an, dass wenigstens eines der Schaltelemente des Mehrstufengetriebes als Anfahrelement nutzbar ist oder genutzt ist. Dadurch ist ein internes Schaltelement als Anfahrelement herangezogen, so dass ein zusätzliches Anfahrelement, beispielsweise ein externes Anfahrelement, eingespart werden kann. Es ergeben sich dadurch Vorteile hinsichtlich Kosten und Bauraumbedarf.
Es bietet sich an, dass das als Anfahrelement nutzbare bzw. genutzte Schaltelement als reibschlüssiges Schaltelement, insbesondere Reibkupplung, ausgebildet ist. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass für eine angestrebte Vorwärtsfahrt das dritte Schaltelement als Anfahrelement genutzt ist bzw. nutzbar ist. Dies bietet sich an, da das dritte Schaltelement für den 1. Vorwärtsgang sowieso geschlossen wird bzw. geschlossen werden kann. Ferner kann es vorgesehen sein, dass für eine angestrebte Rückwärtsfahrt ebenfalls das dritte Schaltelement als Anfahrelement nutzbar ist bzw. genutzt ist. Auch dies bietet sich an, da das dritte Schaltelement für den ersten Rückwärtsgang sowieso geschlossen wird bzw. geschlossen werden kann.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass eine Drehschwingungs-Entkopplungseinheit vorgesehen ist, welche dem Mehrstufengetriebe vorgeschaltet ist. Dadurch ist eine Drehschwingungsentkopplung des Antriebes, beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine, 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, welche beispielsweise nur einen Planetenradsatz und nur drei Stirnradstufen für insgesamt sieben Gangstufen benötigt, von denen fünf Gangstufen für Vorwärtsgänge und zwei Gangstufen für Rückwärtsgänge vorgesehen sein können. Die Gangstufen sind bereits mit lediglich fünf Schaltelementen zu realisieren, von denen zwei Schaltelemente pro Gangstufe geschaltet sind, insbesondere gleichzeitig zu schalten sind. Das Mehrstufengetriebe ist kompakt bauend und weist eine gute Übersetzungsreihe, einen guten Verzahnungswirkungsgrad bei geringen Getriebeverlusten und geringer Bauteilbelastung auf. Insofern bietet sich das Mehrstufengetriebe für einen Einsatz in Klein- und/oder Kompaktwagen vorzugsweise mit Frontantrieb an, nicht zuletzt da es zudem in einfacher Weise in achsversetzter Anordnung von Getriebeeingangswelle und Getriebeausgangswelle realisiert werden kann.
Das Mehrstufengetriebe ermöglicht ferner in einfacher Weise die Anbindung einer Elektromaschine. Insofern kann das Mehrstufengetriebe in hybridisierter Ausführung realisiert werden, wobei sämtliche Gangstufen auch im elektromotorischen Betrieb genutzt werden können.
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 Mehrstufengetriebes mit einem Planetenradsatz und drei Stirnradstufen 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,
3 eine weitere mögliche Ausführungsform eines Mehrstufengetriebes mit einem Planetenradsatz und drei Stirnradstufen in schematischer Darstellung,
4 eine weitere mögliche Ausführungsform eines Mehrstufengetriebes mit einem Planetenradsatz und drei Stirnradstufen in schematischer Darstellung,
5 eine weitere mögliche Ausführungsform eines Mehrstufengetriebes mit einem Planetenradsatz und drei Stirnradstufen in schematischer Darstellung,
6 eine weitere mögliche Ausführungsform eines Mehrstufengetriebes mit einem Planetenradsatz und drei Stirnradstufen in schematischer Darstellung,
7 eine tabellarische Übersicht über mögliche Gänge, welche mittels des Mehrstufengetriebes gemäß der 6 schaltbar sind, und der dazu zu betätigenden Schaltelemente und
8 eine Abwandlung des Mehrstufengetriebes nach der 5 mit einer zusätzlichen Elektromaschine.
1 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines Mehrstufengetriebes 100, insbesondere lastschaltbaren Mehrstufengetriebes 100, welches beispielsweise in oder an einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges zum Einsatz kommen kann. Das Mehrstufengetriebe hat eine Getriebeeingangswelle 1 als erste Welle und eine Getriebeausgangswelle 2 als zweite Welle. Bevorzugt sind die Getriebeeingangswelle 1 getriebeeingangsseitig und die Getriebeausgangswelle 2 getriebeausgangsseitig angeordnet.
Die Getriebeeingangswelle 1 kann mit einer (in der 1 nicht dargestellten) Antriebsmaschine, wie einer Verbrennungskraftmaschine, triebverbunden oder triebverbindbar sein, beispielsweise mit einer Abtriebswelle der Antriebsmaschine drehfest verbunden werden oder drehfest verbunden sein. Die sich durch die Ankopplung der Antriebsmaschine an die Getriebeeingangswelle 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. Beispielhaft ist getriebeausgangsseitig an der Getriebeausgangswelle 2 ein Zahnrad Z1 vorgesehen, welches beispielsweise mit der Getriebeausgangswelle 2 drehfest verbunden ist und Bestandteil eines Differentials eines Antriebsstranges sein kann oder mit einem Differential eines Antriebsstranges zusammen wirken kann.
Das Mehrstufengetriebe 100 weist einen Planetenradsatz RS, insbesondere nur einen Planetenradsatz RS auf, welcher ein 1. Getriebeglied 1.1, ein 2. Getriebeglied 1.2 und ein 3. Getriebeglied 1.3 hat. Der Planetenradsatz RS kann als Minusgetriebe ausgebildet sein. Bevorzugt sind dazu das 1. Getriebeglied 2.1 durch ein Sonnenrad, das 2. Getriebeglied 2.2 durch einen Planetenradträger, insbesondere Steg, und das 3. Getriebeglied 2.3 durch ein Hohlrad gebildet.
Weiterhin hat das Mehrstufengetriebe 100 drei Stirnradstufen mit jeweils einer ersten Stirnradstufe ST1, einer zweiten Stirnradstufe ST2 und einer dritten Stirnradstufe ST3, welche beispielsweise innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses, beispielsweise zusammen mit dem Planetenradsatz RS angeordnet sein können. Jede Stirnradstufe ST1 bzw. ST2 bzw. ST3 hat ein 1. Stirnrad S1.1 bzw. S2.1 bzw. S3.1 und ein 2. Stirnrad S1.2 bzw. S2.2 bzw. S3.2.
Bei dem Mehrstufengetriebe 100 stehen das 1. Getriebeglied 1.1 und das 3. Getriebeglied 1.3 des Planetenradsatzes RS in einer festen Wirkverbindung, indem das 1. Getriebeglied 1.1 mit einer der Stirnradstufen, insbesondere der zweiten Stirnradstufe ST2, und das 3. Getriebeglied 1.3 mit der Getriebeausgangswelle 2 wirkverbunden sind, insbesondere drehfest verbunden sind. Darüber hinaus ist das verbleibende Getriebeglied des Planetenradsatzes RS, nämlich das 2. Getriebeglied 1.2, mit einer anderen der Stirnradstufen, insbesondere der dritten Stirnradstufe ST3 wirkverbindbar, insbesondere drehfest verbindbar, welche wiederum mit der Getriebeeingangswelle 1 wirkverbunden ist. Ergänzend oder alternativ ist das 2. Getriebeglied 1.2 gegen ein gehäusefestes Bauteil G festsetzbar, insbesondere drehfest anbindbar. Insofern liegt das 2. Getriebeglied 1.2 in einer lösbaren Bindung oder in einer herstellbaren Bindung vor. Bevorzugt ist das gehäusefeste Bauteil G ein fest mit dem Gehäuse des Mehrstufengetriebes 100 verbundenes Bauteil oder ein integraler Bestandteil des Gehäuses selbst.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass die verbleibende Stirnradstufe, insbesondere die erste Stirnradstufe ST1, mit der Getriebeausgangswelle 2 wirkverbunden ist, insbesondere drehfest verbunden ist und/oder mit der einen Stirnradstufe, insbesondere der zweiten Stirnradstufe ST2 wirkverbindbar ist, insbesondere drehfest verbindbar ist. Darüber hinaus ist die Getriebeeingangswelle 1 mit der einen anderen Stirnradstufe, insbesondere der dritten Stirnradstufe ST3, wirkverbunden, insbesondere drehfest verbunden.
Das Mehrstufengetriebe 100 hat fünf, vorzugsweise ausschließlich fünf Schaltelemente, nämlich ein erstes Schaltelement 10, ein zweites Schaltelement 20, ein drittes Schaltelement 30, ein viertes Schaltelement 40 und ein fünftes Schaltelement 50, deren selektives Schalten verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Getriebeeingangswelle 1 und der Getriebeausgangswelle 2 bewirkt. Die Schaltelemente 10, 20, 30, 40 und 50 sowie der Planetenradsatz RS und die Stirnradstufen ST1, ST2 und ST3 sind wie folgt angeordnet und zueinander verschaltet: Bezüglich des Planetenradsatzes RS 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 Getriebeausgangswelle 2 drehfest verbunden. Bezüglich der ersten Stirnradstufe ST1 sind das 1. Stirnrad S1.1 mit einer fünften Welle 5 und das 2. Stirnrad S1.2 mit der Getriebeausgangswelle 2 drehfest verbunden. Bezüglich der zweiten Stirnradstufe ST2 sind das 1. Stirnrad S2.1 mit einer sechsten Welle 6 und das 2. Stirnrad S2.2 mit der dritten Welle 3 drehfest verbunden. Bezüglich der dritten Stirnradstufe ST3 sind das 1. Stirnrad S3.1 mit der Getriebeeingangswelle 1 und das 2. Stirnrad S3.2 mit einer siebten Welle 7 drehfest verbunden. Bevorzugt sind die Getriebeausgangswelle 2 mit dem 3. Getriebeglied 1.3 des Planetenradsatzes RS und dem 2. Stirnrad S1.2 der ersten Stirnradstufe ST1 drehfest verbunden und die dritte Welle 3 ist mit dem 1. Getriebeglied 1.1 des Planetenradsatzes RS und dem 2. Stirnrad S2.2 der zweiten Stirnradstufe ST2 drehfest verbunden.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass die vierte Welle 4 über das erste Schaltelement 10 gegen das gehäusefeste Bauteil G festsetzbar ist, insbesondere drehfest anbindbar ist, die Getriebeeingangswelle 1 über das zweite Schaltelement 20 mit der sechsten Welle 6 wirkverbindbar ist, insbesondere drehfest verbindbar ist, die dritte Welle 3 über das dritte Schaltelement 30 und die vierte Welle 4 über das vierte Schaltelement jeweils mit der siebten Welle 7 wirkverbindbar sind, insbesondere drehfest verbindbar sind, und die fünfte Welle 5 über das fünfte Schaltelement 50 mit der sechsten Welle 6 wirkverbindbar ist, insbesondere drehfest verbindbar ist.
Das erste Schaltelement 10 ist damit als Bremse nutzbar und entsprechend ausgebildet, da es gegen das Gehäuse zu wirken hat. Das erste Schaltelement 10 kann als formschlüssiges Schaltelement, wie beispielsweise Klauenschaltelement, ausgeführt sein. Auch kann das erste Schaltelement 10 als Bandbremse ausgeführt sein.
Das zweite Schaltelement 20, das dritte Schaltelement 30, das vierte Schaltelement 40 und das fünfte Schaltelement 50 wirken gegenüber drehbaren Bauteilen und dienen insofern als Kupplung. Bevorzugt ist das fünfte Schaltelement 50 als formschlüssiges Schaltelement, wie beispielsweise Klauenschaltelement, ausgeführt.
Bevorzugt liegen die Getriebeeingangswelle 1 und die Getriebeausgangswelle 2 achsversetzt zueinander, insbesondere achsparallel zueinander. Dadurch ist das Mehrstufengetriebe 100 besonders für einen Front-Quer-Einbau oder einen Heck-Quer-Einbau beispielsweise in ein Kraftfahrzeug, insbesondere in ein Kraftfahrzeug mit Frontantrieb, geeignet. Bevorzugt sind dazu die dritte Welle 3, die vierte Welle 4, die fünfte Welle 5, die sechste Welle 6 und/oder die siebte Welle 7 koaxial bezüglich der Getriebeeingangswelle 1 und/oder der Getriebeausgangswelle 2 angeordnet. Bevorzugt ist es ferner vorgesehen, dass in axialer Richtung bezüglich der Getriebeausgangswelle 2 und von der Getriebeausgangswelle 2 ausgehend, die Reihenfolge erste Stirnradstufe ST1, zweite Stirnradstufe ST2, dritte Stirnradstufe ST3, Planetenradsatz RS realisiert ist.
2 zeigt eine tabellarische Übersicht über mögliche Gänge, welche mit dem Mehrstufengetriebe 100 schaltbar sind, und der dazu auszuführenden Schaltkombinationen bezüglich des ersten Schaltelementes 10, des zweiten Schaltelementes 20, des dritten Schaltelementes 30, des vierten Schaltelementes 40 und des fünften Schaltelementes 50. Danach können fünf Vorwärtsgänge und zwei Rückwärtsgänge realisiert sein, welche wahlweise schaltbar sind.
Die Gänge bzw. Gangstufen sind in der ersten Spalte der Übersicht angegeben. Die Vorwärtsgänge sind mit „1”, „2”, „3”, „4”, „5” und die Rückwärtsgänge mit „R1”, „R2” 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 und des fünften Schaltelementes 50 angegeben, wobei jedem Schaltelement 10 bzw. 20 bzw. 30 bzw. 40 bzw. 50 eine separate Spalte zugeordnet ist. Durch Kreuze in einem jeweiligen Feld ist angegeben, dass das jeweils zugehörige Schaltelement 10 bzw. 20 bzw. 30 bzw. 40 bzw. 50 in einer geschlossenen Schalterstellung vorliegt. Sofern ein solches Kreuz in dem entsprechenden Feld nicht vorhanden ist, befindet sich das zugehörige Schaltelement 10 bzw. 20 bzw. 30 bzw. 40 bzw. 50 bevorzugt in einer geöffneten Schalterstellung.
Wie aus der 2 ersichtlich ist, sind in einer jeweiligen Gangstufe jeweils zwei Schaltelemente geschlossen. Der 1. Vorwärtsgang wird durch Schließen des dritten Schaltelementes 30 und des fünften Schaltelementes 50 geschaltet. Der 2. Vorwärtsgang wird durch Schließen des zweiten Schaltelementes 20 und des fünften Schaltelementes 50 geschaltet. Der 3. Vorwärtsgang wird durch Schließen des vierten Schaltelementes 40 und des fünften Schaltelementes 50 geschaltet. Der 4. Vorwärtsgang wird durch Schließen des zweiten Schaltelementes 20 und des vierten Schaltelementes 40 geschaltet. Der 5. Vorwärtsgang wird durch Schließen des dritten Schaltelementes 30 und des vierten Schaltelementes 40 geschaltet. Der 1. Rückwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelementes 10 und des dritten Schaltelementes 30 geschaltet. Der 2. Rückwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelementes 10 und des zweiten Schaltelementes 20 geschaltet.
3 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform eines Mehrstufengetriebes 100.1 beispielsweise für einen Antrieb eines Kraftfahrzeuges. Bauteile des Mehrstufengetriebes 100.1 gemäß der 3, 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 100.1 gemäß der 3 unterscheidet sich von dem Mehrstufengetriebe 100 gemäß der 1 in der Art und Weise der Anordnung der Einzelgetriebe zueinander, wobei die Reihenfolge der Einzelgetriebe umgekehrt zu der Reihenfolge der Einzelgetriebe des Mehrstufengetriebes 100 der 1 ist. Bei dem Mehrstufengetriebe 100.1 gemäß der 3 ist in axialer Richtung bezüglich der Getriebeausgangswelle 2 und von der Getriebeausgangswelle 2 ausgehend, die Reihenfolge Planetenradsatz RS, dritte Stirnradstufe ST3, zweite Stirnradstufe ST2, erste Stirnradstufe ST1 realisiert. Davon unbeeinflusst bleibt die Kinematik, welche bei dem Mehrstufengetriebe 100.1 der Kinematik des Mehrstufengetriebes 100 gemäß der 1 entspricht. Insofern kann das Mehrstufengetriebe 100.1 in den Gangstufen gemäß der Übersicht in der 2 betrieben werden.
4 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform eines Mehrstufengetriebes 100.2 beispielsweise für einen Antrieb eines Kraftfahrzeuges. Bauteile des Mehrstufengetriebes 100.2 gemäß der 4, 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 100.2 gemäß der 4 unterscheidet sich von dem Mehrstufengetriebe 100 gemäß der 1 in der Art und Weise der Anordnung der Einzelgetriebe zueinander, wobei die Planetenradstufe RS zwischen zwei der Stirnradstufen angeordnet ist. Bei dem Mehrstufengetriebe 100.2 gemäß der 4 ist in axialer Richtung bezüglich der Getriebeausgangswelle 2 und von der Getriebeausgangswelle 2 ausgehend, die Reihenfolge erste Stirnradstufe ST1, Planetenradsatz RS, zweite Stirnradstufe ST2, dritte Stirnradstufe ST3 realisiert. Davon unbeeinflusst bleibt die Kinematik, welche bei dem Mehrstufengetriebe 100.2 der Kinematik des Mehrstufengetriebes 100 gemäß der 1 entspricht. Insofern kann das Mehrstufengetriebe 100.2 in den Gangstufen gemäß der Übersicht in der 2 betrieben werden.
5 zeigt eine nochmals weitere mögliche Ausführungsform eines Mehrstufengetriebes 100.3 beispielsweise für einen Antrieb eines Kraftfahrzeuges. Bauteile des Mehrstufengetriebes 100.3 gemäß der 5, 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 100.3 gemäß der 5 unterscheidet sich von dem Mehrstufengetriebe 100 gemäß der 1 in der Art und Weise der Anordnung der Einzelgetriebe zueinander, wobei die Planetenradstufe RS zwischen zwei der Stirnradstufen angeordnet ist und gegenüber dem Mehrstufengetriebe 100.2 eine nochmals andere Reihenfolge vorgesehen ist. Bei dem Mehrstufengetriebe 100.3 gemäß der 5 ist in axialer Richtung bezüglich der Getriebeausgangswelle 2 und von der Getriebeausgangswelle 2 ausgehend, die Reihenfolge dritte Stirnradstufe ST3, zweite Stirnradstufe ST2, Planetenradsatz RS, erste Stirnradstufe realisiert. Davon unbeeinflusst bleibt die Kinematik, welche bei dem Mehrstufengetriebe 100.3 der Kinematik des Mehrstufengetriebes 100 gemäß der 1 entspricht. Insofern kann das Mehrstufengetriebe 100.3 in den Gangstufen gemäß der Übersicht in der 2 betrieben werden.
6 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform eines Mehrstufengetriebes 100.4 beispielsweise für einen Antrieb eines Kraftfahrzeuges. Bauteile des Mehrstufengetriebes 100.4 gemäß der 6, 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 100.4 gemäß der 6 unterscheidet sich von dem Mehrstufengetriebe 100 gemäß der 1 unter anderem dadurch, dass das fünfte Schaltelement 50 des Mehrstufengetriebes 100, welches auf das erste Stirnrad S1.1 der ersten Stirnradstufe ST1 wirkt, nicht mehr vorliegt. Bei dem Mehrstufengetriebe 100.4 der 6 ist stattdessen ein fünftes Schaltelement 50' vorgesehen, welches auf das 2. Stirnrad 1.2 der ersten Stirnradstufe ST1 wirkt. Beispielsweise ist dazu die fünfte Welle 5 über das fünfte Schaltelement 50' mit der Getriebeausgangswelle 2 wirkverbindbar, insbesondere drehfest verbindbar. Das fünfte Schaltelement 50' kann als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein, beispielsweise ein Klauenschaltelement sein.
Im Unterschied zu dem Mehrstufengetriebe 100 der 1 ist es ferner bei dem Mehrstufengetriebe 100.4 gemäß der 6 vorgesehen, dass bezüglich der ersten Stirnradstufe ST1 das 1. Stirnrad S1.1 mit der sechsten Welle 6 und das 2. Stirnrad S1.2 mit der fünften Welle 5 verbunden sind. Dadurch steht das 1. Stirnrad S1.1 der ersten Stirnradstufe ST1 in einer festen Wirkverbindung mit dem 1. Stirnrad der zweiten Stirnradstufe ST2. Das 2. Stirnrad S1.2 der ersten Stirnradstufe ST1 liegt dagegen durch das fünfte Schaltelement 50' in einer lösbaren Bindung oder in einer herstellbaren Bindung vor.
Bei dem Mehrstufengetriebe 100.4 gemäß der 6 ist es – wie bei dem Mehrstufengetriebe 100 der 1 – unverändert vorgesehen, dass das bezüglich des Planetenradsatzes RS das 1. Getriebeglied 1.1 mit der dritten Welle 3, das 2. Getriebeglied 1.2 mit der vierten Welle 4 und das 3. Getriebeglied 1.3 mit der Getriebeausgangswelle 2 drehfest verbunden sind, bezüglich der zweiten Stirnradstufe ST2 das 1. Stirnrad S2.1 mit der sechsten Welle 6 und das 2. Stirnrad S2.2 mit der dritten Welle 3 drehfest verbunden sind und bezüglich der dritten Stirnradstufe ST3 das 1. Stirnrad S3.1 mit der Getriebeeingangswelle 1 und das 2. Stirnrad S3.2 mit der siebten Welle 7 drehfest verbunden sind.
7 zeigt eine tabellarische Übersicht über mögliche Gänge, welche mit dem Mehrstufengetriebe 100.4 schaltbar sind, und der dazu auszuführenden Schaltkombinationen bezüglich des ersten Schaltelementes 10, des zweiten Schaltelementes 20, des dritten Schaltelementes 30, des vierten Schaltelementes 40 und des fünften Schaltelementes 50'. Der Aufbau der Übersicht gemäß der 7 und der Schaltzustand des jeweiligen Schaltelementes 10 bzw. 20 bzw. 30 bzw. 40 bzw. 50' in einem jeweiligen Gang sind identisch zu der tabellarischen Übersicht der 2; insofern wird auf die Beschreibung zu der 2 verwiesen. In der 7 ist lediglich das fünfte Schaltelement 50' des Mehrstufengetriebes 100.4 aufgenommen, welches gegenüber der 2 das fünfte Schaltelement 50 des Mehrstufengetriebes 100 gemäß der 1 ersetzt.
8 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines Mehrstufengetriebes 200, welches hybridisiert ist. Das Mehrstufengetriebe 200 basiert auf dem Mehrstufengetriebe 100.3 gemäß der 5, wobei unter anderem zusätzlich eine Elektromaschine EM vorgesehen ist, welche auf die Getriebeeingangswelle 1 treibend wirkt bzw. treibend wirken kann. Dazu ist die Elektromaschine EM über eine Vorübersetzung mit der Getriebeeingangswelle 1 gekoppelt. Bevorzugt weist die Vorübersetzung wenigstens ein mit einer Abtriebswelle E1 der Elektromaschine EM gekoppeltes Zahnrad Z2 auf, welches beispielsweise direkt oder unter Zwischenschaltung wenigstens eines Zwischenzahnrades auf die dritte Stirnradstufe ST3 wirkt, beispielsweise mit dem 1. Stirnrad S3.1 der dritten Stirnradstufe ST3 kämmt. Alternativ kann die Elektromaschine EM auch direkt auf die Getriebeeingangswelle 1 wirkten, ohne dass also eine oder die Vorübersetzung vorgesehen ist.
Bevorzugt ist die Elektromaschine EM achsversetzt zu der Getriebeeingangswelle 1 und/oder der Getriebeausgangswelle 2 angeordnet, beispielsweise liegt die Abtriebswelle E1 der Elektromaschine EM achsparallel zu der Getriebeeingangswelle 1 und/oder der Getriebeausgangswelle 2. Dadurch ist auch das hybridisierte Mehrstufengetriebe 200 besonders für einen Front-Quer-Einbau oder einen Heck-Quer-Einbau beispielsweise in ein Kraftfahrzeug, insbesondere in ein Kraftfahrzeug mit Frontantrieb, geeignet.
Bevorzugt weist das Mehrstufengetriebe 200 gegenüber dem Mehrstufengetriebe 100.3 gemäß der 5 zusätzlich eine Trennkupplung 00 auf, welche zum Abkoppeln eines mit der Getriebeeingangswelle 1 triebverbundenen (in der 3 nicht dargestellten) Antriebes, wie beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine, nutzbar ist bzw. genutzt ist. Die Trennkupplung 00 ist der Getriebeeingangswelle 1 vorgelagert und einerseits der Getriebeeingangswelle 1 und andererseits einer Antriebswelle 1' zugeordnet, wobei die Antriebswelle 1' mit dem (in der 8 nicht dargestellten) Antrieb gekoppelt ist bzw. koppelbar ist.
Grundsätzlich ist eine Hybridisierung sämtlicher vorstehend beschriebener Mehrstufengetriebe möglich. Die Hybridisierung kann in der Art und Weise erfolgen, wie es zu dem Mehrstufengetriebe 200 der 8 ausgeführt ist.
Bei sämtlichen in den Figuren dargestellten Mehrstufengetrieben 100, 100.1, 100.2, 100.3, 100.4 und 200 sind der Einfachheit halber die koaxial bezüglich der Getriebeausgangswelle 2 angeordneten Getriebeglieder lediglich zur Hälfte dargestellt.
Bezugszeichenliste

1: Getriebeeingangswelle (erste Welle)
2: Getriebeausgangswelle (zweite Welle)
3: dritte Welle
4: vierte Welle
5: fünfte Welle
6: sechste Welle
7: siebte Welle
RS: Planetenradsatz
1.1: 1. Getriebeglied des Planetenradsatzes
1.2: 2. Getriebeglied des Planetenradsatzes
1.3: 3. Getriebeglied des Planetenradsatzes
ST1: erste Stirnradstufe
ST2: zweite Stirnradstufe
ST3: dritte Stirnradstufe
S1.1: 1. Stirnrad der ersten Stirnradstufe
S1.2: 2. Stirnrad der ersten Stirnradstufe
S2.1: 1. Stirnrad der zweiten Stirnradstufe
S2.2: 2. Stirnrad der zweiten Stirnradstufe
S3.1: 1. Stirnrad der dritten Stirnradstufe
S3.2: 2. Stirnrad der dritten Stirnradstufe
EM: Elektromaschine
E1: Abtriebswelle der Elektromaschine
Z1: Zahnrad
Z2: Zahnrad
00: Trennkupplung
1': Antriebswelle
10: erstes Schaltelement
20: zweites Schaltelement
30: drittes Schaltelement
40: viertes Schaltelement
50: fünftes Schaltelement
50': fünftes Schaltelement
G: gehäusefestes Bauteil
100: Mehrstufengetriebe
100.1: Mehrstufengetriebe
100.2: Mehrstufengetriebe
100.3: Mehrstufengetriebe
100.4: Mehrstufengetriebe
200: Mehrstufengetriebe

Claims

Mehrstufengetriebe (100; 200), insbesondere für einen Antrieb eines Kraftfahrzeuges, aufweisend • eine Getriebeeingangswelle (1) als erste Welle und eine Getriebeausgangswelle (2) als zweite Welle, • einen Planetenradsatz (RS) mit wenigstens drei Getriebegliedern, • drei Stirnradstufen (ST1, ST2, ST3) mit jeweils wenigstens zwei Getriebegliedern und • mehrere Schaltelemente (10, 20, 30, 40, 50), deren selektives Schalten verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Getriebeeingangswelle (1) und der Getriebeausgangswelle (2) bewirkt, wobei zwei der Getriebeglieder des Planetenradsatzes (RS) in einer festen Wirkverbindung stehen, indem eines der beiden Getriebeglieder mit einer der Stirnradstufen (ST1, ST2, ST3) und das andere der beiden Getriebeglieder mit der Getriebeausgangswelle (2) wirkverbunden sind, und das verbleibende Getriebeglied des Planetenradsatzes (RS) mit einer anderen der Stirnradstufen (ST1, ST2, ST3) wirkverbindbar und/oder gegen ein gehäusefestes Bauteil (G) festsetzbar ist.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verbleibende Stirnradstufe (ST1) mit der Getriebeausgangswelle (2) wirkverbunden ist und/oder mit der einen Stirnradstufe (ST2) wirkverbindbar ist.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verbleibende Stirnradstufe (ST1) mit der einen Stirnradstufe (ST2) wirkverbunden ist und/oder mit der Getriebeausgangswelle (2) wirkverbindbar ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (1) mit der einen anderen Stirnradstufe (ST3) wirkverbunden ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich des Planetenradsatzes (RS) die Getriebeglieder durch ein
Getriebeglied (1.1), ein 2. Getriebeglied (1.2) und ein 3. Getriebeglied (1.3) gebildet sind und bezüglich der Stirnradstufen, aufweisend eines erste Stirnradstufe (ST1), eine zweite Stirnradstufe (ST2) und eine dritte Stirnradstufe (ST3), die Getriebeglieder jeweils durch ein 1. Stirnrad (S1.1; S2.1; S3.1) und ein 2. Stirnrad (S1.2; S2.2; S3.2) gebildet sind.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich des Planetenradsatzes (RS) 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 Getriebeausgangswelle (2) drehfest verbunden sind, bezüglich der ersten Stirnradstufe (ST1) das 1. Stirnrad (S1.1) mit einer fünften Welle (5) und das 2. Stirnrad (S1.2) mit der Getriebeausgangswelle (2) drehfest verbunden sind, bezüglich der zweiten Stirnradstufe (ST2) das 1. Stirnrad (S2.1) mit einer sechsten Welle (6) und das 2. Stirnrad (S2.2) mit der dritten Welle (3) drehfest verbunden sind und bezüglich der dritten Stirnradstufe (ST3) das 1. Stirnrad (S3.1) mit der Getriebeeingangswelle (1) und das 2. Stirnrad (S3.2) mit einer siebten Welle (7) drehfest verbunden sind.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Welle (4) über ein erstes Schaltelement (10) gegen ein gehäusefestes Bauteil (G) festsetzbar ist, die Getriebeeingangswelle (1) über ein zweites Schaltelement (20) mit der sechsten Welle (6) wirkverbindbar ist, die dritte Welle (3) über ein drittes Schaltelement (30) und die vierte Welle (4) über ein viertes Schaltelement (40) jeweils mit der siebten Welle (7) wirkverbindbar sind und die fünfte Welle (5) über ein fünftes Schaltelement (50) mit der sechsten Welle (6) wirkverbindbar ist.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich des Planetenradsatzes (RS) 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 Getriebeausgangswelle (2) drehfest verbunden sind, bezüglich der ersten Stirnradstufe (ST1) das 1. Stirnrad (S1.1) mit einer sechsten Welle (6) und das 2. Stirnrad (S1.2) mit einer fünften Welle (5) drehfest verbunden sind, bezüglich der zweiten Stirnradstufe (ST2) das 1. Stirnrad (S2.1) mit der sechsten Welle (6) und das
Stirnrad (S2.2) mit der dritten Welle (3) drehfest verbunden sind und bezüglich der dritten Stirnradstufe (ST3) das 1. Stirnrad (S3.1) mit der Getriebeeingangswelle (1) und das 2. Stirnrad (S3.2) mit einer siebten Welle (7) drehfest verbunden sind.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Welle (4) über ein erstes Schaltelement (10) gegen ein gehäusefestes Bauteil (G) festsetzbar ist, die Getriebeeingangswelle (1) über ein zweites Schaltelement (20) mit der sechsten Welle (6) wirkverbindbar ist, die dritte Welle (3) über ein drittes Schaltelement (30) und die vierte Welle (4) über ein viertes Schaltelement (40) jeweils mit der siebten Welle (7) wirkverbindbar sind und die fünfte Welle (5) über ein fünftes Schaltelement (50') mit der Getriebeausgangswelle (2) wirkverbindbar ist.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein, vorzugsweise fünf Vorwärtsgänge wahlweise schaltbar sind, wobei in einem 1. Vorwärtsgang das dritte Schaltelement (30) und das fünfte Schaltelement (50; 50') geschlossen sind, in einem 2. Vorwärtsgang das zweite Schaltelement (20) und das fünfte Schaltelement (50; 50') geschlossen sind, in einem 3. Vorwärtsgang das vierte Schaltelement (40) und das fünfte Schaltelement (50; 50') geschlossen sind, in einem 4. Vorwärtsgang das zweite Schaltelement (20) und das vierte Schaltelement (40) geschlossen sind und/oder in einem 5. Vorwärtsgang das dritte Schaltelement (30) und das vierte Schaltelement (40) geschlossen sind.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 7, 9, 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer, vorzugsweise zwei Rückwärtsgänge wahlweise schaltbar ist, wobei in einem 1. Rückwärtsgang das erste Schaltelement (10) und das dritte Schaltelement (30) geschlossen sind und/oder in einem 2. Rückwärtsgang das erste Schaltelement (10) und das zweite Schaltelement (20) geschlossen sind.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 7 und 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (10) und/oder das fünfte Schaltelement (50; 50') als formschlüssiges Schaltelement, insbesondere Klauenschaltelement, ausgebildet ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradsatz (RS) als Minusgetriebe ausgebildet ist, bei dem das 1. Getriebeglied (1.1) ein Sonnenrad, das 2. Getriebeglied (1.2) ein Planetenradträger und das 3. Getriebeglied (1.3) ein Hohlrad ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (1) und die Getriebeausgangswelle (2) achsversetzt zueinander liegen.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung bezüglich der Getriebeausgangswelle (2) und von der Getriebeausgangswelle (2) ausgehend, die Reihenfolge erste Stirnradstufe (ST1), zweite Stirnradstufe (ST2), dritte Stirnradstufe (ST3), Planetenradsatz (RS) vorgesehen ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung bezüglich der Getriebeausgangswelle (2) und von der Getriebeausgangswelle (2) ausgehend, die Reihenfolge Planetenradsatz (RS), dritte Stirnradstufe (ST3), zweite Stirnradstufe (ST2), erste Stirnradstufe (ST1) vorgesehen ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung bezüglich der Getriebeausgangswelle (2) und von der Getriebeausgangswelle (2) ausgehend, die Reihenfolge Stirnradstufe (ST1), Planetenradsatz (RS), zweite Stirnradstufe (ST2), dritte Stirnradstufe (ST3) vorgesehen ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung bezüglich der Getriebeausgangswelle (2) und von der Getriebeausgangswelle (2) ausgehend, die Reihenfolge dritte Stirnradstufe (ST3), zweite Stirnradstufe (ST2), Planetenradsatz (RS), erste Stirnradstufe (ST1) vorgesehen ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektromaschine (EM) vorgesehen ist, welche über eine Vorübersetzung oder direkt mit der Getriebeeingangswelle (1) gekoppelt ist, wobei eine Trennkupplung (00) zum Abkoppeln eines mit der Getriebeeingangswelle (1) triebverbundenen Antriebes genutzt ist.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (EM) und die Getriebeeingangswelle (1) und/oder die Getriebeausgangswelle (2) achsversetzt zueinander liegen.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Schaltelemente (10, 20, 30, 40, 50) als Anfahrelement genutzt ist.