DE102016213737A1

DE102016213737A1 - Mehrstufengetriebe

Info

Publication number: DE102016213737A1
Application number: DE102016213737.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Wechs; Stefan Beck; Marc Seeberger; Jens Moraw; Gerhard Niederbrucker
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-07-27
Filing date: 2016-07-27
Publication date: 2018-02-01

Abstract

Es wird ein Mehrstufengetriebe mit einer Eingangswellenachse (I) und einer Ausgangswellenachse (II) vorgeschlagen, die achsversetzt zueinander angeordnet sind, wobei zumindest eine erste Welle (1) als Antrieb (An) koaxial zur Eingangswellenachse (I) angeordnet ist, wobei zumindest eine zweite Welle (2) als Abtrieb (Ab) koaxial zur Ausgangswellenachse (II) angeordnet ist, wobei fünf weitere Wellen (3, 4, 5, 6, 7) vorgesehen sind, wobei eine erste Stirnrad-stufe (ST1) und eine zweite Stirnradstufe (ST2) sowie ein erster Planetenradsatz (RS1) und ein zweiter Planetenradsatz (RS2) vorgesehen sind, wobei zumindest fünf Schaltelemente (A, B, C, D, D1, D2, D3, E, F, F1) vorgesehen sind, sodass zumindest sechs Vorwärtsgänge (G1, G2, G3, G4, G5, G6, G7) und zumindest ein Rückwärtsgang (R) schaltbar sind, wobei die erste Welle (1) mit einem dritten Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) verbunden oder verbindbar ist, wobei die erste Welle (1) mit einem ersten Element des ersten Planentenradsatzes (RS1) und mit einem ersten Element des zweiten Planentenradsatzes (RS2) sowie mit einem zweiten Element des zweiten Planentenradsatzes (RS2) verbindbar ist, wobei die zweite Welle (2) über die erste Stirnradstufe (ST1) mit einem zweiten Element des ersten Planentenradsatzes (RS1) verbunden oder verbindbar ist und wobei die zweite Welle (2) über die zweite Stirnradstufe (ST2) mit einem dritten Element des zweiten Planentenradsatzes (RS2) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe mit einer Eingangswellenachse und einer Ausgangswellenachse, die achsversetzt zueinander angeordnet sind, wobei fünf weitere Wellen vorgesehen sind. Ferner sind zwei Stirnradstufen und zwei Planetenradsätze sowie fünf Schaltelemente vorgesehen.
Beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2011 079 720 A1 ist ein derartiges Mehrstufengetriebe bekannt, mit dem sechs Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisiert werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Mehrstufengetriebe der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, welches möglichst kostengünstig ist und einen möglichst geringen Bauraumbedarf aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wobei sich vorteilhafte Ausgestaltungen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.
Somit wird ein Mehrstufengetriebe mit einer Eingangswellenachse und einer Ausgangswellenachse vorgeschlagen, die beispielsweise für eine Front- oder Heck-Queranordnung in einem Fahrzeug achsversetzt zueinander angeordnet sind. Das Mehrstufengetriebe wird somit bevorzugt mit einem seitlichen Abtrieb ausgeführt. Ferner ist eine erste als Antrieb beispielsweise mit dem Fahrzeugmotor verbundene oder verbindbare Welle koaxial zur Eingangswellenachse angeordnet, wobei eine zweite Welle als Abtrieb koaxial zur Ausgangswellenachse angeordnet ist, die z.B. mit einem Abtriebsdifferential Diff oder dergleichen koppelbar ist. Ferner sind fünf weitere Wellen und eine erste Stirnradstufe sowie eine zweite Stirnradstufe vorgesehen, um die Elemente, die der Eingangswellenachse und der Ausgangswellenachse zugeordnet sind, miteinander in Verbindung zu bringen. Ferner sind ein erster Planetenradsatz und ein zweiter Planetenradsatz sowie zumindest fünf Schaltelemente vorgesehen, sodass zumindest sechs Vorwärtsgänge und zumindest ein Rückwärtsgang schaltbar sind.
Bei dem gleichwohl einen geringen Bauraum und einen guten Wirkungsgrad aufweisenden Mehrstufengetriebe ist vorgesehen, dass die erste Welle mit einem dritten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden oder verbindbar ist, wobei die erste Welle mit einem ersten Element des ersten Planentenradsatzes und mit einem ersten Element des zweiten Planentenradsatzes sowie mit einem zweiten Element des zweiten Planentenradsatzes verbindbar ist, wobei die zweite Welle über die erste Stirnradstufe mit einem zweiten Element des ersten Planentenradsatzes verbunden oder verbindbar ist und wobei die zweite Welle über die zweite Stirnradstufe mit einem dritten Element des zweiten Planentenradsatzes verbunden ist.
Das vorgeschlagene Mehrstufengetriebe umfasst somit nur zwei Planetenradsatzebenen und zwei Stirnradstufen sowie fünf Schaltelemente, wobei zum Realisieren der Gangstufen gleichzeitig zwei der Schaltelemente geschlossen bzw. aktiviert sind. Unabhängig von den verschiedenen Ausführungsvarianten des Mehrstufengetriebes ergibt sich eine insgesamt kompakte Bauweise mit geringer Bauteilbelastung und geringen Getriebeverlusten sowie gutem Verzahnungswirkungsgrad und zudem eine gute Übersetzungsreihe, wobei eine konstruktiv einfache Anbindung zumindest einer elektrischen Maschine zur Hybridisierung des Mehrstufengetriebes möglich ist. Vorzugsweise eignet sich eine der Stirnradstufen zum achsparallelen Anbinden der elektrischen Maschine. Es ist auch möglich, dass bei Bedarf eine koaxiale Anbindung der elektrischen Maschine vorgesehen ist.
Sollte jedoch eine noch größere Übersetzung oder ein aus Bauraumgründen größerer Achsabstand zwischen der elektrischen Maschine und den Eingangs- und Ausgangswellenachsen gewünscht werden, kann auch eine weitere Übersetzungsstufe bzw. ein Zwischengetriebe zum Anbinden der elektrischen Maschine vorgesehen sein. Wenn die elektrische Maschine fest zum Antrieb übersetzt ist, können sämtliche verbrennungsmotorischen Gänge auch elektrisch realisiert werden.
Dem Mehrstufengetriebe bzw. der ersten Welle des Mehrstufengetriebes kann beispielsweise eine Drehschwingungs-Entkopplungseinheit vorgeschaltet sein. Im Falle einer Hybridisierung ist zwischen der elektrischen Maschine und dem Verbrennungsmotor bzw. dem Fahrzeugmotor vorzugsweise ein zusätzliches Schaltelement als Trennkupplung positioniert, mit dem der Verbrennungsmotor bzw. der Antriebsmotor des Fahrzeuges von der ersten Welle entkoppelbar ist. Auf diese Weise ist auch sowohl rein verbrennungsmotorisches Fahren als auch rein elektrisches Fahren möglich. Im Falle der Hybridisierung eignen sich bevorzugt ein viertes Schaltelement oder eine erste Alternative des vierten Schaltelementes oder eine zweite Alternative des vierten Schaltelementes oder eine dritte Alternative des vierten Schaltelementes vorwärts und ein drittes Schaltelement rückwärts als interne Anfahrelemente.
Als Schaltelemente können sowohl reib- als auch formschlüssige Schaltelemente eingesetzt werden. Vorzugsweise können aufgrund ihrer Charakteristik vor allem das als Bremse ausgeführte zweite Schaltelement und/oder das als Kupplung ausgeführte vierte Schaltelement oder die erste Alternative des vierten Schaltelementes oder die zweite Alternative des vierten Schaltelementes oder die dritte Alternative des vierten Schaltelementes als formschlüssiges Klauenschaltelement ausgeführt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung kann der erste Planetenradsatz als Minus-Planetenradsatz oder als Plus-Planetenradsatz ausgeführt sein. Ein Minus-Planetenradsatz kann beispielsweise beim ersten Planetenradsatz in einen Plus-Planetenradsatz überführt werden, wenn die Planetenträger- und die Hohlradanbindung an diesem Radsatz miteinander vertauscht wird und der Betrag der Standübersetzung um 1 erhöht wird. Dies bedeutet für den Fachmann, dass bei einem Minus-Planetenradsatz ein erstes Element als Sonnenrad, ein zweites Element als Planetenradträger oder Steg und ein drittes Element als Hohlrad ausgeführt sind. Bei einem Plus-Planetenradsatz gilt jedoch, dass ein erstes Element als Sonnenrad, ein zweites Element als Hohlrad und ein drittes Element als Steg bzw. Planetenradträger ausgeführt sind. Anhand dieser Angaben kann beispielsweise ein vorgesehener Minus-Planetenradsatz bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe in einen Plus-Planetenradsatz umgewandelt werden.
Ein Minus-Planetenradsatz weist bekanntlich an seinem Planetenradträger verdrehbar gelagerte Planetenräder auf, die mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad dieses Planetenradsatzes kämmen, so dass sich das Hohlrad bei festgehaltenem Planetenradträger und drehendem Sonnenrad in zur Sonnenraddrehrichtung entgegengesetzter Richtung dreht. Ein Plus-Planetenradsatz weist bekanntlich an seinem Planetenradträger verdrehbar gelagerte und miteinander in Zahneingriff stehende innere und äußere Planetenräder auf, wobei das Sonnenrad dieses Planetenradsatzes mit den inneren Planetenrädern und das Hohlrad dieses Planetenradsatzes mit den äußeren Planetenrädern kämmen, so dass sich das Hohlrad bei festgehaltenem Planetenradträger und drehendem Sonnenrad in zur Sonnenraddrehrichtung gleicher Richtung dreht.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer möglichen Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
2 eine schematische Ansicht der Ausführungsvariante des Mehrstufengetriebes gemäß 1 mit einer achsversetzt angeordneten, elektrischen Maschine;
2A eine Ansicht einer Schaltmatrix der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungen;
3 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführung der Ausführungsvariante des Mehrstufengetriebes gemäß 1 mit einer alternativen Anordnungsposition eines vierten Schaltelementes an der Eingangswellenachse;
3A eine Ansicht einer Schaltmatrix der in 3 dargestellten Ausführung;
4 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführung gemäß 1 als 7-Gangvariante des Mehrstufengetriebes mit einem zusätzlichen sechsten Schaltelement;
4A eine Ansicht einer Schaltmatrix der in 4 dargestellten Ausführung;
5 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführung gemäß 1 als 7-Gangvariante des Mehrstufengetriebes mit einer alternativen Anordnungsposition des sechsten Schaltelements;
5A eine Ansicht einer Schaltmatrix der in 5 dargestellten Ausführung;
6 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführung gemäß 3 als 7-Gangvariante des Mehrstufengetriebes bei einer alternativen Anordnungsposition des vierten Schaltelementes an der Eingangswellenachse;
6A eine Ansicht einer Schaltmatrix der in 6 dargestellten Ausführung;
7 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführung der Ausführungsvariante des Mehrstufengetriebes gemäß 1 mit einer weiteren alternativen Anordnungsposition des vierten Schaltelementes an der Eingangswellenachse;
7A eine Ansicht einer Schaltmatrix der in 7 dargestellten Ausführung;
8 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführung der Ausführungsvariante des Mehrstufengetriebes gemäß 1 mit einer nächsten alternativen Anordnungsposition des vierten Schaltelementes an der Eingangswellenachse;
8A eine Ansicht einer Schaltmatrix der in 8 dargestellten Ausführung;
9 eine schematische Ansicht anhand der Ausführungsvariante des Mehrstufengetriebes gemäß 1 mit einem ersten Planetenradsatz als Plus-Planetenradsatz und einem zweiten Planetenradsatz als Minus-Planetenradsatz exemplarisch für sämtliche Ausgestaltungen; und
10 eine schematische Ansicht anhand der Ausführungsvariante des Mehrstufengetriebes gemäß 1 mit einer koaxialen Anbindung einer elektrischen Maschine exemplarisch für sämtliche Ausgestaltungen.
In den 1 bis 10 sind eine mögliche Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes und entsprechende alternative Ausführungen beispielhaft dargestellt. Die verschiedenen Ausführungen der Ausführungsvariante sind auch miteinander kombinierbar, jedoch der Einfachheit halber nur exemplarisch dargestellt. In den 1 bis 8 sowie 10 sind die Planetenradsätze RS1, RS2 beispielhaft als Minus-Planetenradsätze dargestellt, die jedoch anhand der vorgenannten Ausführungen bezüglich der Zuordnung der einzelnen Elemente von dem zuständigen Fachmann je nach Bedarf in Plus-Planetenradsätze umwandelbar sind. Für den Fachmann ist anhand der Ausführungsvariante gemäß 1 in der 9 exemplarisch für sämtliche Ausführungen ein erster Planetenradsatz als Plus-Planetenradsatz und ein zweiter Planetenradsatz als Minus-Planetenradsatz dargestellt. Ferner ist für den Fachmann anhand der Ausführungsvariante gemäß 1 in 10 exemplarisch für sämtliche Ausführungen eine koaxiale Anbindung einer elektrischen Maschine EM dargestellt.
Das vorgeschlagene Mehrstufengetriebe umfasst unabhängig von den jeweiligen Ausführungen eine Eingangswellenachse I und eine Ausgangswellenachse II, die achsversetzt bzw. achsparallel zueinander angeordnet sind, wobei eine erste Welle 1 als Antrieb An koaxial zur Eingangswellenachse I angeordnet ist. Eine Welle 2 ist als Abtrieb Ab koaxial zur Ausgangswellenachse II angeordnet, wobei die fünf weiteren Wellen 3, 4, 5, 6, 7 je nach Ausführung sowohl koaxial zur Eingangswellenachse I oder zur Ausgangswellenachse II angeordnet sein können. Beispielsweise bei den Ausführungen gemäß 1, 2, 4, 5, 9 und 10 ist jeweils eine sechste Welle der Ausgangswellenachse II zugeordnet, während die sechste Welle 6 bei den Ausführungen gemäß 3 und 6 bis 8 der Eingangswellenachse I zugeordnet ist. Beispielsweise sind eine dritte Welle 3, eine vierte Welle, eine fünfte Welle 5 und eine siebente Welle 7 bei sämtlichen Ausführungen der Eingangswellenachse I zugeordnet.
Ferner ist eine erste Stirnradstufe ST1 und eine zweite Stirnradstufe ST2 vorgesehen, die jeweils z.B. ein Stirnradpaar umfassen. Bevorzugt weisen die erste Stirnradstufe ST1 und die zweite Stirnradstufe ST2 unterschiedliche Übersetzungen auf. Zudem ist ein erster Planetenradsatz RS1 und ein zweiter Planetenradsatz RS2 vorgesehen, denen fünf und teilweise sechs Schaltelemente A, B, C, D, D1, D2, D3, E, F, F1 zugeordnet sind, die z. B. lösbare Verbindungen zwischen Elementen bzw. Wellen ermöglichen, so dass durch deren Betätigung zumindest sechs oder sieben Vorwärtsgänge G1, G2, G3, G4, G5, G6, G7 und zumindest ein Rückwärtsgang R schaltbar sind.
Bei dem vorgeschlagenen Mehrstufengetriebe ist die erste Welle 1 mit einem dritten Element des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden oder verbindbar ist, wobei die erste Welle 1 mit einem ersten Element des ersten Planentenradsatzes RS1 und mit einem ersten Element des zweiten Planentenradsatzes RS2 sowie mit einem zweiten Element des zweiten Planentenradsatzes RS2 verbindbar ist, wobei die zweite Welle 2 über die erste Stirnradstufe ST1 mit einem zweiten Element des ersten Planentenradsatzes RS1 verbunden oder verbindbar ist und wobei die zweite Welle 2 über die zweite Stirnradstufe ST2 mit einem dritten Element des zweiten Planentenradsatzes RS2 verbunden ist.
Bei den Ausführungen gemäß 1 bis 6 ist eine Anbindung des ersten Planetenradsatzes RS1 vorgesehen, bei der die zweite Welle 2 über die erste Stirnradstufe ST1 und über ein viertes Schaltelement D oder über eine erste Alternative des vierten Schaltelements D1 und über die sechste Welle 6 sowie über die dritte Welle 3 lösbar mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden ist, wobei das erste Element des ersten Planetenradsatzes RS1 fest mit der fünften Welle 5 verbunden ist, und wobei das dritte Element des ersten Planetenradsatzes RS1 fest mit der ersten Welle 1 verbunden ist.
Eine alternative Anbindung des ersten Planetenradsatzes RS1 ist in 7 gezeigt, bei der das erste Element des ersten Planetenradsatzes RS1 über die sechste Welle 6 und über eine zweite Alternative des vierten Schaltelements D2 mit der fünften Welle 5 lösbar verbunden ist, wobei das zweite Element des ersten Planetenradsatzes RS1 mit der dritten Welle 3 verbunden ist, und wobei das dritte Element des ersten Planetenradsatzes RS1 fest mit der ersten Welle 1 verbunden ist.
Schließlich zeigt 8 eine weitere Anbindungsmöglichkeit des ersten Planetenradsatzes RS1, bei der das dritte Element des ersten Planetenradsatzes RS1 über die sechste Welle 6 und über eine dritte Alternative des vierten Schaltelements D3 mit der ersten Welle 1 lösbar verbunden ist, wobei das erste Element des ersten Planetenradsatzes RS1 fest mit der fünften Welle 5 verbunden ist, und wobei das zweite Element des ersten Planetenradsatzes RS1 fest mit der dritten Welle 3 verbunden ist.
Bei sämtlichen Ausführungen ist ferner vorgesehen, dass die erste Welle 1 über ein drittes Schaltelement C und über die fünfte Welle 5 mit dem ersten Element des ersten Planentenradsatzes RS1 und mit dem ersten Element des zweiten Planentenradsatzes RS2 verbindbar ist und das die erste Welle 1 über ein fünftes Schaltelement E und über die siebente Welle 7 mit dem zweiten Element des zweiten Planentenradsatzes RS2 verbindbar ist.
Mit dem dritten Schaltelement C ist eine Verblockung des ersten Planetenradsatzes RS1 möglich, indem das erste Element mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes verbindbar ist. Es ist auch möglich, dass durch die Variation des dritten Schaltelementes C die beiden anderen Verblockungsvarianten, nämlich die Verbindung von ersten und zweiten Element oder die Verbindung von zweiten und dritten Element realisiert werden.
Nachfolgend wird die in 1 dargestellte Ausführungsvariante des Mehrstufengetriebes anhand der dargestellten Minus-Planetenradsätze beispielhaft beschrieben. Der Antrieb An bzw. die erste Welle 1 ist fest mit dem dritten Element bzw. mit dem Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden. Ferner ist die erste Welle 1 im geschlossenen Zustand des dritten Schaltelements C und über die fünfte Welle 5 sowohl mit dem ersten Element bzw. dem Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 als auch mit dem ersten Element bzw. dem Sonnenrad SR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden. Hierbei ist das dritte Schaltelement C der Eingangswellenachse I zugeordnet und als Kupplung ausgeführt und verbindet die erste Welle 1 mit der fünften Welle 5. Darüber hinaus ist die erste Welle 1 im geschlossenen Zustand des fünften Schaltelements E über die siebente Welle 7 mit dem zweiten Element bzw. mit dem Planetenradträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden. Hierbei ist das als Kupplung ausgeführte fünfte Schaltelement E der Eingangswellenachse I zugeordnet und verbindet die erste Welle 1 mit der siebenten Welle 7. Die zweite Welle 2 als Abtrieb Ab ist über die zweite Stirnradstufe ST2 und über die vierte Welle 4 mit dem dritten Element bzw. mit dem Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden. Darüber hinaus ist die zweite Welle 2 im geschlossenen Zustand des vierten Schaltelements D und über die sechste Welle 6 sowie über die erste Stirnradstufe ST1 und über die dritte Welle 3 mit dem zweiten Element bzw. mit dem Planetenradträger PT 1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden. Hierbei ist das vierte Schaltelement D als Kupplung ausgeführt und der Ausgangswellenachse II zugeordnet und verbindet die zweite Welle 2 mit der sechsten Welle 6. Somit wird die lösbare Anbindung des ersten Planetenradsatzes RS1 an dem zweiten Element bzw. dem Planetenradträger PT1 über das vierte Schaltelement D realisiert. Das erste Element bzw. das Sonnenrad SR1 und das dritte Element bzw. das Hohlrad HR1 sind fest angebunden. Das erste Schaltelement A ist als Bremse ausgeführt und der Eingangswellenachse I zugeordnet. Ein als Bremse ausgeführtes erstes Schaltelement A verbindet die fünfte Welle 5 mit dem Gehäuse 0. Ein als Bremse ausgeführtes zweites Schaltelement B ist der Eingangswellenachse I zugeordnet und verbindet die siebente Welle 7 mit dem Gehäuse 0.
Die in 2 dargestellte Ausführung unterscheidet sich von der Ausführungsvariante gemäß 1 dadurch, dass eine Hybridvariante dargestellt ist. Dazu ist eine elektrische Maschine EM vorgesehen, deren Antriebswelle 8 achsparallel zu der Eingangswellenachse I und der Ausgangswellenachse II angeordnet ist, wobei die Antriebswelle 8 der elektrischen Maschine EM mit ihrem Antriebsritzel mit der ersten Stirnradstufe ST1 beispielhaft in Eingriff steht. In 2A ist die Schaltmatrix des in 1 und 2 dargestellten Radsatzes gezeigt.
3 zeigt eine alternative Ausführung der Ausführungsvariante gemäß 1, bei der die Anordnungsposition des vierten Schaltelements D verändert ist. Die erste Alternative des vierten Schaltelementes D1 ist nun der Eingangswellenachse I zugeordnet und verbindet die dritte Welle 3 mit der sechsten Welle 6. Somit ist die lösbare Anbindung des ersten Planetenradsatzes RS1 wieder über das zweite Element des ersten Planetenradsatzes RS1 realisiert. In 3A ist die Schaltmatrix des in 3 dargestellten Radsatzes gezeigt.
In 4 ist beispielhaft eine 7-Gangvariante exemplarisch anhand der Ausführung gemäß 1 dargestellt. Der zusätzliche siebente Vorwärtsgang G7 wird durch Hinzufügen eines weiteren sechsten Schaltelements F realisiert. Durch das der Eingangswellenachse I zugeordnete sechste Schaltelement F, welches als Bremse ausgeführt ist, wird die mit dem zweiten Element bzw. mit dem Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbundene dritte Welle 3 mit dem Gehäuse 0 verbunden. In 4A ist das dazugehörige Schaltschema dargestellt.
In 5 ist beispielhaft eine weitere 7-Gangvariante exemplarisch anhand der Ausführung gemäß 1 dargestellt. Der zusätzliche siebente Vorwärtsgang G7 wird durch Hinzufügen einer ersten Alternative des weiteren sechsten Schaltelements F1 realisiert. Durch die der Ausgangswellenachse I zugeordnete erste Alternative des sechsten Schaltelementes F, welche als Bremse ausgeführt ist, wird die sechste Welle 6 mit dem Gehäuse 0 verbunden. Die sechste Welle 6 ist über die erste Stirnradstufe ST1 und über die dritte Welle 3 mit dem zweiten Element bzw. mit dem Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden. In 5A ist das dazugehörige Schaltschema dargestellt.
In 6 ist beispielhaft eine nächste 7-Gangvariante exemplarisch anhand der Ausführung gemäß 3 dargestellt. Der zusätzliche siebente Vorwärtsgang G7 wird durch Hinzufügen des sechsten Schaltelements F realisiert. Durch das der Eingangswellenachse I zugeordnete sechste Schaltelement F, welches als Bremse ausgeführt ist, wird die mit dem zweiten Element bzw. mit dem Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbundene dritte Welle 3 mit dem Gehäuse 0 verbunden. In 6A ist das dazugehörige Schaltschema dargestellt.
Die 7-Gangvarianten können mit jeder Anbindungsvariante des ersten Planetenradsatzes RS1 kombiniert werden. Insbesondere können auch die Verblockungsvarianten bei dem ersten Planetenradsatz realisiert werden.
7 zeigt eine alternative Ausführung der Ausführungsvariante gemäß 1, bei der die Anordnungsposition des vierten Schaltelements D verändert ist. Die zweite Alternative des vierten Schaltelementes D2 ist nun der Eingangswellenachse I zugeordnet und verbindet die fünfte Welle 5 mit der sechsten Welle 6. Somit erfolgt die lösbare Anbindung des ersten Planetenradsatzes RS1 über das erste Element bzw. über das Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes RS1. Das zweite Element bzw. der Planetenradträger PT1 und das dritte Element bzw. das Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 sind fest angebunden. In 7A ist die Schaltmatrix des in 7 dargestellten Radsatzes gezeigt.
In 8 ist eine weitere alternative Ausführung der Anordnungsvariante gemäß 1 dargestellt, bei der die Anordnungsposition des vierten Schaltelements D verändert ist. Die dritte Alternative des vierten Schaltelements D3 ist der Eingangswellenachse I zugeordnet und verbindet die erste Welle 1 mit der sechsten Welle 6. Dadurch wird eine weitere alternative Anbindung des ersten Planetenradsatzes RS1 realisiert. Der erste Planetenradsatz RS1 ist nun über das dritte Element bzw. über das Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 lösbar angebunden. Das erste Element bzw. das Sonnenrad SR1 und das zweite Element bzw. der Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes RS1 sind fest angebunden. In 8A ist die Schaltmatrix des in 8 dargestellten Radsatzes gezeigt.
Durch die vorbeschriebenen Ausführungen der Ausführungsvariante des Mehrstufengetriebes gemäß 1 wird kinematisch nichts verändert. Diese sind jeweils exemplarisch dargestellt und können miteinander kombiniert werden.
Unabhängig von der Ausführungsvariante und deren Ausführungen ergeben sich aus den Schaltschemen, dass der erste Vorwärtsgang G1 bei geschlossenem zweiten Schaltelement B und bei geschlossenem vierten Schaltelement D oder bei geschlossener ersten Alternative des vierten Schaltelementes D1 oder bei geschlossener zweiten Alternative des vierten Schaltelementes D2 oder bei geschlossener dritten Alternative des vierten Schaltelementes D3 schaltbar ist, dass der zweite Vorwärtsgang G2 bei geschlossenem ersten Schaltelement A und bei geschlossenem vierten Schaltelement D oder bei geschlossener ersten Alternative des vierten Schaltelementes D1 oder bei geschlossener zweiten Alternative des vierten Schaltelementes D2 oder bei geschlossener dritten Alternative des vierten Schaltelementes D3 schaltbar ist, dass der dritte Vorwärtsgang G3 bei geschlossenen dritten Schaltelement C und bei geschlossenem vierten Schaltelement D oder bei geschlossener ersten Alternative des vierten Schaltelementes D1 oder bei geschlossener zweiten Alternative des vierten Schaltelementes D2 oder bei geschlossener dritten Alternative des vierten Schaltelementes D3 schaltbar ist, dass der vierte Vorwärtsgang G4 bei geschlossenem vierten Schaltelement D oder bei geschlossener ersten Alternative des vierten Schaltelementes D1 oder bei geschlossener zweiten Alternative des vierten Schaltelementes D2 oder bei geschlossener dritten Alternative des vierten Schaltelementes D3 und bei geschlossenem fünften Schaltelement E schaltbar ist, dass der fünfte Vorwärtsgang G5 bei geschlossenem dritten Schaltelement C und bei geschlossenem fünften Schaltelement E schaltbar ist und dass der sechste Vorwärtsgang G6 bei geschlossenem ersten Schaltelement A und geschlossenem fünften Schaltelement E schaltbar ist. Ferner ist der Rückwärtsgang R bei geschlossenem zweiten Schaltelement B und bei geschlossenem dritten Schaltelement C schaltbar.
Bei den exemplarisch dargestellten 7-Gangvarianten gilt zusätzlich, dass ein siebenter Vorwärtsgang G7 bei geschlossenem sechsten Schaltelement F oder bei geschlossener ersten Alternative des sechsten Schaltelementes F1 und geschlossenem fünften Schaltelement E schaltbar ist.
Bei den Hybridvarianten ist es von Vorteil, dass die erste Welle 1 über ein zusätzliches Schaltelement bzw. eine Trennkupplung K0 mit dem Fahrzeugmotor verbindbar ist. Auf diese Weise ist der Fahrzeugmotor von der elektrischen Maschine EM auch abkoppelbar.
In 9 ist die in 1 dargestellte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes exemplarisch für sämtliche Ausführungen mit einem als Plus-Planetenradsatz dargestellten ersten Planetenradsatz RS1 gezeigt. Demzufolge ist das erste Element des ersten Planetenradsatzes RS1 als Sonnenrad SR1, das zweite Element des ersten Planetenradsatzes RS1 als Hohlrad HR1 und das dritte Element als Planetenradträger PT1 ausgeführt. Somit wird eine Vertauschung der Hohlrad- und Planetenradträgeranbindung bei dem ersten Planetenradsatz RS1 vorgenommen. Die Darstellung gemäß 9 ist stellvertretend für die anderen Ausgestaltungen gezeigt, bei denen ebenfalls der erste Planetenradsatz RS1 anstelle eines Minus-Planetenradsatzes einen Plus-Planetenradsatz aufweisen kann. Die Beschreibung der 9 entspricht der in 1, wobei das zweite Element des ersten Planetenradsatzes RS1 dem Hohlrad HR1 und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes RS1 dem Planetenradträger PT1 entspricht.
In 10 ist die in 1 dargestellte Ausführungsvariante mit einer elektrischen Maschine EM dargestellt, die koaxial zur Eingangswellenachse I bzw. zur ersten Welle 1 angeordnet ist. Hierzu ist die Antriebswelle bzw. der Rotor 8 der elektrischen Maschine EM vorzugsweise fest mit der ersten Welle 1 verbunden. Alternativ könnte hier auch eine lösbare Verbindung vorgesehen sein. Die koaxiale Anbindung der elektrischen Maschine EM zur Eingangswellenachse I ist stellvertretend anhand der Ausführungsvariante gemäß 1 dargestellt, wobei die koaxiale Anordnung auch bei den weiteren Ausführungen möglich ist.
Bevorzugt können das zweite Schaltelement B und/oder das vierte Schaltelement D oder die erste Alternative des vierten Schaltelementes D1 oder die zweite Alternative des vierten Schaltelementes D2 oder die dritte Alternative des vierten Schaltelementes D3 als formschlüssiges Schaltelement, zum Beispiel als Schaltklaue, Synchronisierung oder dergleichen, ausgeführt sein.
Bezugszeichenliste

0: Gehäuse
1: erste Welle
2: zweite Welle
3: dritte Welle
4: vierte Welle
5: fünfte Welle
6: sechste Welle
7: siebente Welle
8: Antriebwelle bzw. Rotor der elektrischen Maschine
EM: elektrische Maschine
I: Eingangswellenachse
II: Ausgangswellenachse
ST1: erste Stirnradstufe
ST2: zweite Stirnradstufe
RS1: erster Planetenradsatz
RS2: zweiter Planetenradsatz
G1: erster Vorwärtsgang
G2: zweiter Vorwärtsgang
G3: dritter Vorwärtsgang
G4: vierter Vorwärtsgang
G5: fünfter Vorwärtsgang
G6: sechster Vorwärtsgang
G7: siebenter Vorwärtsgang
R: Rückwärtsgang
A: erstes Schaltelement
B: zweites Schaltelement
C: drittes Schaltelement
D: viertes Schaltelement
D1: erste Alternative des vierten Schaltelements
D2: zweite Alternative des vierten Schaltelements
D3: dritte Alternative des vierten Schaltelements
E: fünftes Schaltelement
F: sechstes Schaltelement
F1: erste Alternative des sechsten Schaltelements
SR1: Sonnenrad erster Planetenradsatz
PT1: Planetenradträger erster Planetenradsatz
HR1: Hohlrad erster Planetenradsatz
SR2: Sonnenrad zweiter Planetenradsatz
PT2: Planetenradträger zweiter Planetenradsatz
HR2: Hohlrad zweiter Planetenradsatz
Diff: Abtriebsdifferential
K0: Trennkupplung
An: Antrieb
Ab: Abtrieb

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011079720 A1 [0002]

Claims

Mehrstufengetriebe mit einer Eingangswellenachse (I) und einer Ausgangswellenachse (II), die achsversetzt zueinander angeordnet sind, wobei zumindest eine erste Welle (1) als Antrieb (An) koaxial zur Eingangswellenachse (I) angeordnet ist, wobei zumindest eine zweite Welle (2) als Abtrieb (Ab) koaxial zur Ausgangswellenachse (II) angeordnet ist, wobei fünf weitere Wellen (3, 4, 5, 6, 7) vorgesehen sind, wobei eine erste Stirnradstufe (ST1) und eine zweite Stirnradstufe (ST2) sowie ein erster Planetenradsatz (RS1) und ein zweiter Planetenradsatz (RS2) vorgesehen sind, wobei zumindest fünf Schaltelemente (A, B, C, D, D1, D2, D3, E, F, F1) vorgesehen sind, sodass zumindest sechs Vorwärtsgänge (G1, G2, G3, G4, G5, G6, G7) und zumindest ein Rückwärtsgang (R) schaltbar sind, wobei die erste Welle (1) mit einem dritten Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) verbunden oder verbindbar ist, wobei die erste Welle (1) mit einem ersten Element des ersten Planentenradsatzes (RS1) und mit einem ersten Element des zweiten Planentenradsatzes (RS2) sowie mit einem zweiten Element des zweiten Planentenradsatzes (RS2) verbunden oder verbindbar ist, wobei die zweite Welle (2) über die erste Stirnradstufe (ST1) mit einem zweiten Element des ersten Planentenradsatzes (RS1) verbunden oder verbindbar ist und wobei die zweite Welle (2) über die zweite Stirnradstufe (ST2) mit einem dritten Element des zweiten Planentenradsatzes (RS2) verbunden ist.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Welle (2) über die erste Stirnradstufe (ST1) und über ein viertes Schaltelement (D) oder über eine erste Alternative des vierten Schaltelements (D1) und über eine sechste Welle (6) sowie über eine dritte Welle (3) lösbar mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) verbunden ist, dass das erste Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) fest mit einer fünften Welle (5) verbunden ist, und dass das dritte Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) fest mit der ersten Welle (1) verbunden ist.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) über eine sechste Welle (6) und über eine zweite Alternative des vierten Schaltelements (D2) mit einer fünften Welle (5) lösbar verbunden ist, dass das zweite Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) mit einer dritten Welle (3) verbunden ist, und dass das dritte Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) fest mit der ersten Welle (1) verbunden ist.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) über eine sechste Welle (6) und über eine dritte Alternative des vierten Schaltelements (D3) mit der ersten Welle (1) lösbar verbunden ist, dass das erste Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) fest mit einer fünften Welle (5) verbunden ist, und dass das zweite Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) fest mit einer dritten Welle (3) verbunden ist.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein als Bremse ausgeführtes sechstes Schaltelement (F) oder eine erste Alternative des sechsten Schaltelementes (F1) zum Realisieren einer siebenten Gangstufe (G7) vorgesehen ist, wobei das zweite Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) über das sechste Schaltelement (F) oder die erste Alternative des sechsten Schaltelementes (F1) mit dem Gehäuse (0) verbindbar ist.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das sechste Schaltelement (F) der Eingangswellenachse (I) zugeordnet ist und das zweite Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) über die dritte Welle (3) mit dem Gehäuse (0) verbindet.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Alternative des sechsten Schaltelements (F1) der Ausgangswellenachse (II) zugeordnet ist und das zweite Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) über die dritte Welle (3) und über die erste Stirnradstufe (ST1) sowie über die sechste Welle (6) mit dem Gehäuse (0) verbindet.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle (1) über ein drittes Schaltelement (C) und über eine fünfte Welle (5) mit dem ersten Element des ersten Planentenradsatzes (RS1) und mit dem ersten Element des zweiten Planentenradsatzes (RS2) verbindbar ist und dass die erste Welle (1) über ein fünftes Schaltelement (E) und über eine siebente Welle (7) mit dem zweiten Element des zweiten Planentenradsatzes (RS2) verbindbar ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste als Bremse ausgeführte Schaltelement (A) der Eingangswellenachse (I) zugeordnet ist und die fünfte Welle (5) mit dem Gehäuse (0) verbindet.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite als Bremse ausgeführte Schaltelement (B) der Eingangswellenachse (I) zugeordnet ist und die siebente Welle (7) mit dem Gehäuse (0) verbindet.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte als Kupplung ausgeführte Schaltelement (C) der Eingangswellenachse (I) zugeordnet ist und die erste Welle (1) mit der fünften Welle (5) verbindet.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 2, 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das vierte als Kupplung ausgeführte Schaltelement (D) der Ausgangswellenachse (II) zugeordnet ist und die zweite Welle (2) mit der sechsten Welle (6) verbindet.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 2, 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Alternative des vierten als Kupplung ausgeführten Schaltelement (D1) der Eingangswellenachse (I) zugeordnet ist und die dritte Welle (3) mit der sechsten Welle (6) verbindet.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 3, 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Alternative des vierten als Kupplung ausgeführten Schaltelement (D2) der Eingangswellenachse (I) zugeordnet ist und die fünfte Welle (5) mit der sechsten Welle (6) verbindet.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Alternative des vierten als Kupplung ausgeführten Schaltelement (D3) der Eingangswellenachse (I) zugeordnet ist und die erste Welle (1) mit der sechsten Welle (6) verbindet.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das fünfte als Kupplung ausgeführte Schaltelement (E) der Eingangswellenachse (I) zugeordnet ist und die erste Welle (1) mit der siebenten Welle (7) verbindet.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine elektrische Maschine (EM) vorgesehen ist, deren Antriebswelle (8) achsparallel zu der Eingangswellenachse (I) und der Ausgangswellenachse (II) angeordnet ist, wobei die Antriebswelle (8) der elektrischen Maschine (EM) direkt oder über eine weitere Übersetzung mit der ersten Stirnradstufe (ST1) oder der zweiten Stirnradstufe (ST2) verbunden ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine elektrische Maschine (EM) vorgesehen ist, deren Antriebswelle (8) koaxial zu der Eingangswellenachse (I) angeordnet ist, wobei die Antriebswelle (8) der elektrischen Maschine (EM) direkt oder über eine weitere Übersetzung mit der ersten Welle (1) verbunden oder verbindbar ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle (1) über eine Trennkupplung (K0) mit dem Fahrzeugmotor verbindbar ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltelement (B) und/oder das vierte Schaltelement (D) oder die erste Alternative des vierten Schaltelementes (D1) oder die zweite Alternative des vierten Schaltelementes (D2) oder die dritte Alternative des vierten Schaltelementes (D3) als formschlüssiges Schaltelement ausführbar ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element des ersten und/oder des zweiten Planetenradsatzes (RS1, RS2) ein Sonnenrad (SR1, SR2) ist, wenn der erste und/oder der zweite Planetenradsatz (RS1, RS2) als Minus-Planetenradsatz ausgeführt ist, dass das zweite Element des ersten und/oder des zweiten Planetenradsatzes (RS1, RS2) ein Planetenradträger (PT1, PT2) ist, wenn der erste und/oder der zweite Planetenradsatz (RS1, RS2) als Minus-Planetenradsatz ausgeführt ist, und dass das dritte Element des ersten und/oder des zweiten Planentenradsatzes (RS1, RS2) ein Hohlrad (HR1, HR2) ist, wenn der erste und/oder der zweite Planetenradsatz (RS1, RS2) als Minus-Planetenradsatz ausgeführt ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element des ersten Planentenradsatzes (RS1) ein Sonnenrad (SR1) ist, wenn der erste Planetenradsatz (RS1) als Plus-Planetenradsatz ausgeführt ist, dass das zweite Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) ein Hohlrad (HR1) ist, wenn der erste Planetenradsatz (RS1) als Plus-Planetenradsatz ausgeführt ist und dass das dritte Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) ein Planetenradträger (PT1) ist, wenn der erste Planetenradsatz (RS1) als Plus-Planetenradsatz ausgeführt ist.