DE102016225733A1 - Mehrstufengetriebe - Google Patents

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Michael Wechs
Viktor Warth
Jens Moraw
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe (100; 100.1; 100.2; 100.3; 100.4), insbesondere für einen Antrieb eines Kraftfahrzeuges, aufweisend• eine Getriebeeingangswelle (1) als erste Welle und eine Getriebeausgangswelle (2) als zweite Welle,• vier Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3, RS4) als ersten Planetenradsatz (RS1), zweiten Planetenradsatz (RS2), dritten Planetenradsatz (RS3) und vierten Planetenradsatz (RS4) mit jeweils wenigstens drei Getriebegliedern (1.1, 1.2, 1.3; 2.1, 2.2, 2.3; 3.1, 3.2, 3.3; 4.1, 4.2, 4.3) 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 die Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3, RS4) paarweise radial geschachtelt angeordnet sind und die Planetenradsätze (RS1, RS2; RS3, RS4) eines jeweiligen Radsatzpaares (P1; P2) eine gemeinsame Radebene bilden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe, insbesondere für einen Antrieb eines Kraftfahrzeuges.
  • Derartige Mehrstufengetriebe werden üblicherweise auch als Automatikgetriebe oder Automatgetriebe bezeichnet. Sie werden beispielsweise im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen eingesetzt und ermöglichen eine automatisierte Schaltung seiner Gänge. Bei solchen Mehrstufengetrieben ist die axiale Baulänge häufig unzureichend groß, insbesondere wenn die Mehrstufengetriebe in dem engen Bauraum eines Kraftfahrzeuges für einen sogenannten Front-Quer-Einbau oder Heck-Quer-Einbau genutzt werden sollen.
  • Einer Ausführungsform der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehrstufengetriebe der eingangs genannten Art bereit zu stellen, welches in axialer Richtung kompakt baut. 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 vier Planetenradsätze, insbesondere ausschließlich vier Planetenradsätze, welche beispielsweise miteinander gekoppelt oder koppelbar sind. Die Planetenradsätze umfassen einen ersten Planetenradsatz, einen zweiten Planetenradsatz, einen dritten Planetenradsatz und einen vierten Planetenradsatz mit jeweils wenigstens drei Getriebegliedern. Das Mehrstufengetriebe hat darüber hinaus mehrere Schaltelemente, deren selektives Schalten verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Getriebeeingangswelle und der Getriebeausgangswelle bewirkt.
  • Es ist vorgesehen, dass die Planetenradsätze paarweise radial geschachtelt angeordnet sind und die Planetenradsätze eines jeweiligen Radsatzpaares eine gemeinsame Radebene bilden, also jeweils die Planetenradsätze eines Radsatzpaares eine gemeinsame Radebene bilden. Insbesondere sind den auf diese Weise gebildeten Radsatzpaaren jeweils zwei der Planetenradsätze zugeordnet, von denen ein Planetenradsatz radial innenliegend und der andere Planetenradsatz radial außenliegend angeordnet sind. Unter den paarweise radial geschachtelten Planetenradsätzen ist insbesondere zu verstehen, dass die Radsatzpaare jeweils durch zwei der Planetenradsätze gebildet sind, wobei der eine Planetenradsatz des jeweiligen Radsatzpaares mit seinen Getriebegliedern radial innerhalb oder radial außerhalb des jeweils zugehörigen anderen Planetenradsatzes liegt, also der eine Planetenradsatz in den anderen Planetenradsatz eines Radsatzpaares radial geschachtelt vorliegt. Die Planetenradsätze eines jeweiligen Radsatzpaares bilden dazu eine gemeinsam Radebene, beispielsweise indem sie in axialer Richtung sich zumindest teilweise überdecken und/oder fluchtend angeordnet sind.
  • Ein derartiges Mehrstufengetriebe, dessen Planetenradsätze paarweise radial geschachtelt vorliegen, weist eine relativ kurze axiale Baulänge auf, da beispielsweise trotz der vier Planetenradsätze das Mehrstufengetriebe mit einer axialen Erstreckung eines Mehrstufengetriebes mit zwei Planetenradsätzen realisiert werden kann. Durch das vorliegende Mehrstufengetriebe ist somit eine axial kompakte Bauweise erreicht.
  • Es kann vorgesehen sein, dass eines der Getriebeglieder eines der Planetenradsätze eines der Radsatzpaare ein Hohlrad ist und eines der Getriebeglieder eines der Planetenradsätze des anderen Radsatzpaares ein Sonnenrad ist und das Hohlrad und das Sonnenrad wirkverbunden sind, insbesondere miteinander drehfest gekoppelt bzw. verbunden sind. Beispielsweise sind der das Hohlrad aufweisende Planetenradsatz ein radial außenliegender Planetenradsatz und der das Sonnenrad aufweisende Planetenradsatz ein radial innenliegender Planetenradsatz. Dadurch sind die Radsatzpaare mit ihren jeweils radial geschachtelten Planetenradsätzen in technisch einfacher Weise in eine feste Kopplung zueinander gebracht.
  • Bezüglich eines der Radsatzpaare kann es vorgesehen sein, dass eines der Getriebeglieder des einen Planetenradsatzes ein Hohlrad und eines der Getriebeglieder des anderen Planetenradsatzes ein Sonnenrad ist und das Hohlrad und das Sonnenrad wirkverbunden sind, insbesondere miteinander drehfest gekoppelt bzw. verbunden sind. Dadurch ist die radiale Schachtelung der Planetenradsätze eines Radsatzpaares in technisch einfacher Weise zu realisieren. Beispielsweise sind das Sonnenrad und das Hohlrad durch ein gemeinsames Bauteil gebildet oder an einem gemeinsamen Bauteil ausgebildet. Dadurch ist in herstellungstechnisch einfacher Weise eine feste Hohlrad-Sonnenradkopplung erreicht. Beispielsweise sind der das Hohlrad aufweisende Planetenradsatz ein radial außenliegender Planetenradsatz und der das Sonnenrad aufweisende Planetenradsatz ein radial innenliegender Planetenradsatz des einen Radsatzpaares. Beispielsweise ist das Sonnenrad ein Hohlkörper, an dessen radial innenliegendem Umfang das Hohlrad ausgebildet ist. Hierdurch sind bauliche Vereinfachungen erreicht und Kosten eingespart.
  • Bezüglich eines der Radsatzpaare oder eines anderen der Radsatzpaare kann es vorgesehen sein, dass eines der Getriebeglieder des einen Planetenradsatzes und eines der Getriebeglieder des anderen Planetenradsatzes wirkverbunden sind, insbesondere miteinander drehfest gekoppelt bzw. verbunden sind, und jeweils als Planetenradträger ausgebildet sind oder einen gemeinsamen Planetenradträger bilden. Auch diese Maßnahme zielt darauf ab, die radiale Schachtelung der Planetenradsätze eines Radsatzpaares in technisch einfacher Weise zu realisieren.
  • Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass bezüglich des ersten Planetenradsatzes, des zweiten Planetenradsatzes, des dritten Planetenradsatzes und des vierten Planetenradsatzes die Getriebeglieder jeweils 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 der erste Planetenradsatz und der zweite Planetenradsatz ein erstes Radsatzpaar und der dritte Planetenradsatz und der vierte Planetenradsatz ein zweites Radsatzpaar bilden.
  • Beispielsweise sind das 3. Getriebeglied des ersten Planetenradsatzes und das
    • 1. Getriebeglied des zweiten Planetenradsatzes miteinander drehfest gekoppelt. Beispielsweise sind das 2. Getriebeglied des dritten Planetenradsatzes und das
    • 2. Getriebeglied des vierten Planetenradsatzes miteinander drehfest gekoppelt. Beispielsweise sind das 3. Getriebeglied des zweiten Planetenradsatzes und das
    • 1. Getriebeglied des dritten Planetenradsatzes miteinander drehfest gekoppelt.
  • Ein möglicher mechanischer Aufbau des Mehrstufengetriebes besteht darin, dass bezüglich des ersten Planetenradsatzes das 1. Getriebeglied mit einer dritten Welle, das 2. Getriebeglied mit der Getriebeeingangswelle und das 3. Getriebeglied mit einer vierten Welle drehfest verbunden sind, bezüglich des zweiten Planetenradsatzes das 1. Getriebeglied mit der vierten Welle, das 2. Getriebeglied mit der Getriebeausgangswelle und das 3. Getriebeglied mit einer fünften Welle drehfest verbunden sind, bezüglich des dritten Planetenradsatzes das 1. Getriebeglied mit der fünften Welle, das 2. Getriebeglied mit einer sechsten Welle und das 3. Getriebeglied mit einer siebten Welle drehfest verbunden sind und bezüglich des vierten Planetenradsatzes das 1. Getriebeglied mit der Getriebeeingangswelle, das 2. Getriebeglied mit der sechsten Welle und das 3. Getriebeglied mit einer achten Welle drehfest verbunden sind. Es ist dadurch ein mechanisch relativ einfacher und kompakter Systemaufbau mit den vier Planetenradsätzen in paarweiser Schachtelung realisiert.
  • Unter Getriebeglieder des Mehrstufengetriebes, welche mit einer der Wellen des Mehrstufengetriebes drehfest verbunden sind, ist im Zuge der Erfindung insbesondere zu verstehen, dass eine feste Verbindung, beispielsweise eine dauerhaft feste Verbindung besteht, vorzugsweise ohne Zwischenschaltung eines Schaltelementes.
  • Eine mögliche Verschaltung der Komponenten des Mehrstufengetriebes kann nach einer Ausgestaltung der Erfindung derart realisiert sein, dass die achte Welle über ein erstes Schaltelement und die dritte Welle über ein zweites Schaltelement vorzugsweise jeweils gegen ein gehäusefestes Bauteil, insbesondere ein gemeinsames gehäusefestes Bauteil, festsetzbar sind, insbesondere damit drehfest verbindbar sind, die siebte Welle über ein drittes Schaltelement mit der Getriebeausgangswelle wirkverbindbar ist, insbesondere drehfest verbindbar ist, die fünfte Welle über ein viertes Schaltelement mit der achten Welle wirkverbindbar ist, insbesondere drehfest verbindbar ist, und die siebte Welle über ein fünftes Schaltelement mit der vierten Welle wirkverbindbar ist, insbesondere drehfest verbindbar ist.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht ein mechanischer Aufbau des Mehrstufengetriebes darin, dass bezüglich des ersten Planetenradsatzes das 1. Getriebeglied mit einem gehäusefesten Bauteil, das 2. Getriebeglied mit einer dritten Welle und das 3. Getriebeglied mit einer vierten Welle drehfest verbunden sind, bezüglich des zweiten Planetenradsatzes das 1. Getriebeglied mit der vierten Welle, das 2. Getriebeglied mit der Getriebeausgangswelle und das 3. Getriebeglied mit einer fünften Welle drehfest verbunden sind, bezüglich des dritten Planetenradsatzes das 1. Getriebeglied mit der fünften Welle, das 2. Getriebeglied mit einer sechsten Welle und das 3. Getriebeglied mit einer siebten Welle drehfest verbunden sind und bezüglich des vierten Planetenradsatzes das 1. Getriebeglied mit der Getriebeeingangswelle, das 2. Getriebeglied mit der sechsten Welle und das 3. Getriebeglied mit einer achten Welle drehfest verbunden sind. Auch dadurch ist ein mechanisch relativ einfacher und kompakter Systemaufbau mit den vier Planetenradsätzen in paarweiser Schachtelung realisiert.
  • Eine Verschaltung der Komponenten insbesondere dieser Ausführungsform des Mehrstufengetriebes kann derart realisiert sein, dass die achte Welle über ein erstes Schaltelement gegen ein gehäusefestes Bauteil oder das vorstehend beschriebene gehäusefeste Bauteil festsetzbar ist, insbesondere daran drehfest anbindbar ist, die dritte Welle über ein zweites Schaltelement mit der Getriebeeingangswelle wirkverbindbar ist, insbesondere drehfest verbindbar ist, die siebte Welle über ein drittes Schaltelement mit der Getriebeausgangswelle wirkverbindbar ist, insbesondere drehfest verbindbar ist, die fünfte Welle über ein viertes Schaltelement mit der achten Welle wirkverbindbar ist, insbesondere drehfest verbindbar ist, und die siebte Welle über ein fünftes Schaltelement mit der vierten Welle wirkverbindbar ist, insbesondere drehfest verbindbar ist.
  • 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.
  • Bei den vorstehend beschriebenen Varianten bezüglich der Verschaltung der Komponenten des Mehrstufengetriebes und der Anordnung der Schaltelemente ist es möglich, dass wenigstens ein, vorzugsweise sieben Vorwärtsgänge, insbesondere mechanische Vorwärtsgänge, wahlweise schaltbar sind. Auch ist es dadurch möglich, dass wenigstens ein Rückwärtsgang, insbesondere mechanischer Rückwärtsgang, wahlweise schaltbar ist.
  • Die wahlweise schaltbaren Vorwärtsgänge sind nach einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch realisiert, dass in einem 1. Vorwärtsgang das erste Schaltelement, das vierte Schaltelement und das fünfte Schaltelement geschlossen sind, in einem 2. Vorwärtsgang das erste Schaltelement, das dritte Schaltelement und das fünfte Schaltelement geschlossen sind, in einem 3. Vorwärtsgang das erste Schaltelement, das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement geschlossen sind, in einem 4. Vorwärtsgang das zweite Schaltelement, das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement geschlossen sind, in einem 5. Vorwärtsgang das dritte Schaltelement, das vierte Schaltelement und das fünfte Schaltelement geschlossen sind, in einem 6. Vorwärtsgang das zweite Schaltelement, das dritte Schaltelement und das fünfte Schaltelement geschlossen sind und/oder in einem 7. Vorwärtsgang das zweite Schaltelement, das vierte Schaltelement und das fünfte 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.
  • Der schaltbare Rückwärtsgang ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch realisiert, dass in dem Rückwärtsgang das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement und das fünfte Schaltelement geschlossen sind. Dadurch ist der Rückwärtsgang mit einer Übersetzung zu realisieren, welche für einen Einsatz des Mehrstufengetriebes auch bei Klein- und/oder Kompaktwagen geeignet ist.
  • Es kann das erste Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement, insbesondere Klauenschaltelement, ausgebildet sein. Dadurch ist das erste 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 kann das erste 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 und/oder das fünfte Schaltelement als ein solches reibschlüssiges, aber nicht reibleistungsfähiges Schaltelement ausgebildet ist.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Planetenradsätze als Minusgetriebe, insbesondere jeweils als Minusgetriebe bzw. Minus-Planetenradsatz, ausgebildet sind. Es kann dazu vorgesehen sein, dass das 1. Getriebeglied ein Sonnenrad, das 2. Getriebeglied ein Planetenradträger, insbesondere Steg, und das 3. Getriebeglied ein Hohlrad ist. Auch kann zumindest einer der Planetenradsätze als Plusgetriebe bzw. Plus-Planetenradsatz ausgebildet sein, beispielsweise indem dann bezüglich des Plus-Planetenradsatzes das 1. Getriebeglied ein Sonnenrad, das 2. Getriebeglied ein Hohlrad und das 3. Getriebeglied ein Planetenradträger, insbesondere Steg, ist.
  • Es bietet sich an, dass das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes als Hohlkörper ausgebildet ist und die Getriebeglieder des ersten Planetenradsatzes innerhalb eines Hohlraumes des Hohlkörpers liegen. Es bietet sich ferner an, dass das Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes als Hohlkörper ausgebildet ist und die Getriebeglieder des dritten Planetenradsatzes innerhalb eines Hohlraumes des Hohlkörpers liegen. Dadurch lässt sich das Mehrstufengetriebe in axialer Richtung herstellungstechnisch einfach kompakt ausbilden. Materialsparend und kostengünstig ist es, wenn beispielsweise das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes und das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes durch ein gemeinsames Bauteil gebildet sind und/oder das Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes und das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes durch ein gemeinsames Bauteil gebildet sind.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Getriebeeingangswelle getriebeeingangsseitig und die Getriebeausgangswelle getriebeausgangsseitig vorgesehen. Die Getriebeeingangsseite und die Getriebeausgangsseite können voneinander verschiedene Seiten sein. Auch können die Getriebeeingangsseite und die Getriebeausgangsseite auf einer gemeinsamen Seite vorliegen. 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.
  • Beispielsweise ist es vorgesehen, dass die Getriebeeingangswelle und die Getriebeausgangswelle koaxial zueinander liegen. Es kann an der Getriebeausgangswelle ein Übertragungselement, beispielsweise Zahnrad, insbesondere Stirnrad, drehfest angebunden sein, so dass darüber die aus dem Mehrstufengetriebe am Getriebeausgang herausgehende Kraftrichtung quer zur Kraftrichtung am Getriebeeingang liegt, also ein seitlicher Abtrieb realisiert ist. Dadurch ist ein Front-Quer-Einbau oder einen Heck-Quer-Einbau des Mehrstufengetriebes beispielsweise in einem Kraftfahrzeug begünstigt.
  • Eine mögliche Ausgestaltung besteht darin, dass in axialer Richtung bezüglich der Getriebeeingangswelle und von einem getriebeeingangsseitigen Ende der Getriebeeingangswelle ausgehend, die geometrische Anordnung der Radsatzpaare in der Reihenfolge erstes Radsatzpaar, zweites Radsatzpaar vorgesehen ist. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass in axialer Richtung bezüglich der Getriebeeingangswelle und von dem getriebeeingangsseitigen Ende der Getriebeeingangswelle ausgehend, die geometrische Anordnung der Radsatzpaare in der Reihenfolge zweites Radsatzpaar, erstes Radsatzpaar realisiert ist.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Elektromaschine vorgesehen, welche beispielsweise 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 verbrennungsmotorischen Gangstufen, ebenfalls zur Verfügung stehen. Beispielsweise ist die Elektromaschine mit einer Stirnradstufe gekoppelt oder koppelbar, über welche die Elektromaschine auf das Mehrstufengetriebe, insbesondere die Getriebeeingangswelle treibend wirkt. Auch kann die Getriebeeingangswelle mit einem zusätzlichen Antriebsrad gekoppelt sein, auf welche die Elektromaschine treibend wirkt.
  • 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 rein elektromotorisch angetrieben werden, wenn durch die Trennkupplung die Verbrennungskraftmaschine abgekoppelt ist. Bei angekoppelter Verbrennungskraftmaschine 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, zu der Getriebeeingangswelle und/oder der Getriebeausgangswelle achsversetzt angeordnet ist, insbesondere achsparallel angeordnet ist. Dadurch ist auch bei vorgesehener Elektromaschine das Mehrstufengetriebe für einen Front-Quer-Einbau oder einen Heck-Quer-Einbau in ein Kraftfahrzeug begünstigt.
  • Die Elektromaschine kann in der achsversetzten, insbesondere achsparallelen Anordnung auf wenigstens zwei Arten in den Lastpfad des Mehrstufengetriebes angebunden sein oder werden. In axialer Richtung bezüglich der Getriebeeingangswelle und von dem getriebeeingangsseitigen Ende der Getriebeeingangswelle ausgehend, kann bezüglich der geometrischen Anordnung die Elektromaschine den Radsatzpaaren vorgeschaltet sein. Alternativ kann die Elektromaschine auch den Radsatzpaaren nachgeschaltet sein.
  • Alternativ kann die Elektromaschine, insbesondere eine oder die Abtriebswelle der Elektromaschine, zu der Getriebeeingangswelle und/oder der Getriebeausgangswelle koaxial angeordnet sein. Dadurch ist ein kompakter Aufbau des Mehrstufengetriebes 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. Grundsätzlich kann auch ein zusätzliches Anfahrelement, insbesondere eine separate Anfahrkupplung, vorgesehen sein. Das zusätzliche Anfahrelement kann zwischen der Elektromaschine und dem Getrieberadsatz des Mehrstufengetriebes angeordnet sein.
  • Es bietet sich an, dass das als Anfahrelement nutzbare bzw. genutzte interne Schaltelement als reibschlüssiges Schaltelement, insbesondere Reibkupplung, ausgebildet ist. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass für eine angestrebte Vorwärtsfahrt das erste Schaltelement oder das fünfte Schaltelement als Anfahrelement genutzt ist bzw. nutzbar ist. Dies bietet sich an, da das erste Schaltelement bzw. das fünfte Schaltelement für den 1. Vorwärtsgang sowieso geschlossen wird bzw. geschlossen werden kann. Ferner kann es vorgesehen sein, dass für eine angestrebte Rückwärtsfahrt ebenfalls das erste Schaltelement oder das fünfte Schaltelement als Anfahrelement nutzbar ist bzw. genutzt ist. Auch dies bietet sich an, da das erste Schaltelement bzw. das fünfte Schaltelement für den Rückwärtsgang geschlossen wird bzw. geschlossen werden kann.
  • Durch die Erfindung wird ein Mehrstufengetriebe mit einem einfachen Aufbau und relativ wenigen mechanischen Komponenten vorgeschlagen, welche beispielsweise nur zwei Radsatzpaare mit jeweils zwei radial ineinander geschachtelten Planetenradstufen aufweist. Dadurch können insgesamt acht Gangstufen realisiert werden, von denen sieben Gangstufen für Vorwärtsgänge und eine Gangstufe für einen Rückwärtsgang vorgesehen sein können. Die Gangstufen sind bereits mit lediglich fünf Schaltelementen zu realisieren, von denen drei Schaltelemente pro Gangstufe geschaltet sind, insbesondere gleichzeitig zu schalten sind. Das Mehrstufengetriebe ist aufgrund der radial übereinander geschachtelten Planetenradstufen in axialer Richtung kompakt bauend.
  • Durch die radiale Schachtelung können Planetenradsätze mit relativ kleiner Standübersetzung genutzt werden. Beispielsweise kann der radial äußere Planetenradsatz eines Radsatzpaares eine sehr kleine Standübersetzung aufweisen. Technisch einfach kann die radiale Schachtelung realisiert werden, wenn die ineinander geschachtelten Planetenradsätze miteinander eine feste Hohlrad-Sonnenradkopplung oder einen gemeinsamen Planetenradträger aufweisen.
  • Das Mehrstufengetriebe ermöglicht eine gute Übersetzungsreihe, einen guten Verzahnungswirkungsgrad bei geringen Getriebeverlusten und geringer Bauteilbelastung auf. Insofern bietet sich das Mehrstufengetriebe auch 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 vier Planetenradsätzen in paarweise geschachtelter Anordnung 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 Ausführungsform eines Mehrstufengetriebes mit vier Planetenradsätzen in paarweise geschachtelter Anordnung in schematischer Darstellung,
    • 4 eine tabellarische Übersicht über mögliche Gänge, welche mittels des Mehrstufengetriebes gemäß der 3 schaltbar sind, und der dazu zu betätigenden Schaltelemente,
    • 5 das Mehrstufengetriebe nach der 1 mit einer zusätzlichen Elektromaschine in einer ersten möglichen Ausgestaltung,
    • 6 das Mehrstufengetriebe nach der 1 mit einer zusätzlichen Elektromaschine in einer zweiten möglichen Ausgestaltung und
    • 7 das Mehrstufengetriebe nach der 1 mit einer zusätzlichen Elektromaschine in einer dritten möglichen Ausgestaltung.
  • 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.
  • Das Mehrstufengetriebe 100 ist in Planetenbauweise aufgebaut und weist vier, insbesondere nur vier Planetenradsätze auf, wobei die Planetenradsätze einen ersten Planetenradsatz RS1, einen zweiten Planetenradsatz RS2, einen dritten Planetenradsatz RS3 und einen vierten Planetenradsatz RS4 umfassen, welche beispielsweise innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet sein können. Jeder Planetenradsatz RS1 bzw. RS2 bzw. RS3 bzw. RS4 hat ein 1. Getriebeglied 1.1 bzw. 2.1 bzw. 3.1 bzw. 4.1, ein 2. Getriebeglied 1.2 bzw. 2.2 bzw. 3.2 bzw. 4.2 und ein 3. Getriebeglied 1.3 bzw. 2.3 bzw. 3.3 bzw. 4.3.
  • Die Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 sind paarweise radial geschachtelt realisiert. Es bilden der erste Planetenradsatz RS1 und der zweite Planetenradsatz RS2 ein erstes Radsatzpaar P1 und der dritte Planetenradsatz RS3 und der vierte Planetenradsatz RS4 ein zweites Radsatzpaar P2. Bevorzugt bilden der erste Planetenradsatz RS1 und der zweite Planetenradsatz RS2 eine gemeinsame Radebene. Bevorzugt bilden auch der dritte Planetenradsatz RS3 und der vierte Planetenradsatz RS4 eine gemeinsame Radebene, welche bevorzugt zu der gemeinsamen Radebene des ersten Planetenradsatze RS1 und des zweiten Planetenradsatzes RS2 getrennt bzw. separat angeordnet ist. Bevorzugt ist der erste Planetenradsatz RS1 gegenüber dem zweiten Planetenradsatz RS2 radial innenliegend angeordnet, insbesondere konzentrisch angeordnet. Bevorzugt ist der dritte Planetenradsatz RS3 gegenüber dem vierten Planetenradsatz RS4 radial innenliegend angeordnet, insbesondere konzentrisch angeordnet. Bevorzugt sind das erste Radsatzpaar P1 und das zweite Radsatzpaar P2 einer koaxial bezüglich der Getriebeeingangswelle 1 liegenden Zwischenwelle zugeordnet, beispielsweise daran drehfest angebunden. Die Zwischenwelle bzw. die jeweilige Zwischenwelle kann als Vollwelle oder Hohlwelle ausgebildet sein.
  • Bevorzugt sind das 3. Getriebeglied 1.3 des ersten Planetenradsatzes RS1 und das 1. Getriebeglied 2.1 des zweiten Planetenradsatzes RS2 miteinander drehfest gekoppelt. Bevorzugt sind das 2. Getriebeglied 3.2 des dritten Planetenradsatzes RS3 und das 2. Getriebeglied 4.2 des vierten Planetenradsatzes RS4 miteinander drehfest gekoppelt. Bevorzugt sind das 3. Getriebeglied 2.3 des zweiten Planetenradsatzes RS2 und das 1. Getriebeglied 3.1 des dritten Planetenradsatzes RS3 miteinander drehfest gekoppelt.
  • 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 die Planetenradsätze RS1, RS2, RS3 und RS4 sind wie folgt angeordnet und zueinander verschaltet:
  • Bezüglich des ersten Planetenradsatzes RS1 sind das 1. Getriebeglied 1.1 mit einer dritten Welle 3, das 2. Getriebeglied 1.2 mit der Getriebeeingangswelle 1 und das 3. Getriebeglied 1.3 mit einer vierten Welle 4 drehfest verbunden. Bezüglich des zweiten Planetenradsatzes RS2 sind das 1. Getriebeglied 2.1 mit der vierten Welle 4, das 2. Getriebeglied 2.2 mit der Getriebeausgangswelle 2 und das 3. Getriebeglied 2.3 mit einer fünften Welle 5 drehfest verbunden. Bezüglich des dritten Planetenradsatzes RS3 sind das 1. Getriebeglied 3.1 mit der fünften Welle 5, das 2. Getriebeglied 3.2 mit einer sechsten Welle 6 und das 3. Getriebeglied 3.3 mit einer siebten Welle 7 drehfest verbunden. Bezüglich des vierten Planetenradsatzes RS4 sind das 1. Getriebeglied 4.1 mit der Getriebeeingangswelle 1, das 2. Getriebe-glied 4.2 mit der sechsten Welle 6 und das 3. Getriebeglied 4.3 mit einer achten Welle 8 drehfest verbunden.
  • Es ist vorgesehen, dass die achte Welle 8 über das erste Schaltelement 10 und die dritte Welle 3 über das zweite Schaltelement 20 jeweils gegen ein gehäusefestes Bauteil G oder gegen ein gemeinsames gehäusefestes Bauteil G festsetzbar sind, insbesondere drehfest anbindbar sind, die siebte Welle 7 über das dritte Schaltelement 30 mit der Getriebeausgangswelle 2 wirkverbindbar ist, insbesondere drehfest verbindbar ist, die fünfte Welle 5 über das vierte Schaltelement 40 mit der achten Welle 8 wirkverbindbar ist, insbesondere drehfest verbindbar ist, und die siebte Welle 7 über das fünfte Schaltelement 50 mit der vierten Welle 4 wirkverbindbar ist, insbesondere drehfest verbindbar ist. Bevorzugt ist das gehäusefeste Bauteil G ein fest mit dem Gehäuse des Mehrstufengetriebes 100 verbundenes Bauteil oder ein integraler Bestandteil des Gehäuses selbst.
  • Das erste Schaltelement 10 und das zweite Schaltelement 20, welche gegen das gehäusefeste Bauteil G wirken, sind als Bremse genutzt und entsprechend ausgebildet. Das dritte Schaltelement 30, das vierte Schaltelement 40 und das fünfte Schaltelement 50 wirken gegenüber drehbaren Bauteilen und dienen insofern als Kupplung. Das erste Schaltelement 10 und/oder das zweite Schaltelement 20 kann als formschlüssiges Schaltelement, wie beispielsweise Klauenschaltelement, ausgeführt sein. Auch kann das erste Schaltelement 10 und/oder das zweite Schaltelement 20 als reibschlüssiges Schaltelement ausgeführt sein. Beispielsweise sind die weiteren Schaltelemente, insbesondere das dritte Schaltelement 30, das vierte Schaltelement 40 und das fünfte Schaltelement 50, als reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet.
  • In der Ausführungsform des Mehrstufengetriebes 100 gemäß der 1 sind die Planetenradsätze RS1, RS2, RS3 und RS4 als Minusgetriebe ausgebildet. Bevorzugt ist dies dadurch erreicht, dass bei dem ersten Planetenradsatz RS1, dem zweiten Planetenradsatz RS2, dem dritten Planetenradsatz RS3 und dem vierten Planetenradsatz RS4 jeweils das 1. Getriebeglied 1.1 bzw. 2.1 bzw. 3.1 bzw. 4.1 ein Sonnenrad, das 2. Getriebeglied 1.2 bzw. 2.2 bzw. 3.2 bzw. 4.2 ein Planetenradträger, insbesondere Steg, und das 3. Getriebeglied 1.3 bzw. 2.3 bzw. 3.3 bzw. 4.3 ein Hohlrad sind.
  • Bevorzugt liegen die Getriebeeingangswelle 1 und die Getriebeausgangswelle 2 koaxial zueinander. Bevorzugt sind 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 angeordnet. Bevorzugt ist an der Getriebeausgangswelle 2 ein Übertragungselement, beispielsweise Stirnrad, drehfest angebunden, so dass darüber die aus dem Mehrstufengetriebe 100 am Getriebeausgang herausgehende Kraftrichtung (Pfeil B) quer zur Kraftrichtung (Pfeil A) am Getriebeeingang liegt und somit ein seitlicher Abtrieb realisiert ist. Dadurch ist ein Front-Quer-Einbau oder einen Heck-Quer-Einbau des Mehrstufengetriebes beispielsweise in einem Kraftfahrzeug begünstigt. Bevorzugt ist es dazu vorgesehen, dass in axialer Richtung bezüglich der Getriebeeingangswelle 1 und von einem getriebeeingangsseitigen Ende der Getriebeeingangswelle 1 ausgehend, die geometrische Anordnung der Radsatzpaare P1, P2 in der Reihenfolge erstes Radsatzpaar P1, zweites Radsatzpaar P2 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 sieben Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang 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“, „6“, „7“ und der Rückwärtsgang mit „R“ gekennzeichnet. In sich daran anschließenden Spalten ist die zu jedem Gang gehörige Stellung des ersten Schaltelementes 10, des zweiten Schaltelementes 20, des dritten Schaltelementes 30, des vierten Schaltelementes 40 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 drei Schaltelemente geschlossen. Der 1. Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelementes 10, des vierten Schaltelementes 40 und des fünften Schaltelementes 50 geschaltet. Der 2. Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelementes 10, des dritten Schaltelementes 30 und des fünften Schaltelementes 50 geschaltet. Der 3. Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelementes 10, des dritten Schaltelementes 30 und des vierten Schaltelementes 40 geschaltet. Der 4. Vorwärtsgang wird durch Schließen des zweiten Schaltelementes 20, des dritten Schaltelementes 30 und des vierten Schaltelementes 40 geschaltet. Der 5. Vorwärtsgang wird durch Schließen des dritten Schaltelementes 30, des vierten Schaltelementes 40 und des fünften Schaltelementes 50 geschaltet. Der 6. Vorwärtsgang wird durch Schließen des zweiten Schaltelementes 20, des dritten Schaltelementes 30 und des fünften Schaltelementes 50 geschaltet. Der 7. Vorwärtsgang wird durch Schließen des zweiten Schaltelementes 20, des vierten Schaltelementes 40 und des fünften Schaltelementes 50 geschaltet. Der Rückwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelementes 10, des zweiten Schaltelementes 20 und des fünften Schaltelementes 50 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 der 1 unter anderem dadurch, dass das zweite Schaltelement 20 des Mehrstufengetriebes 100, welches als Bremse gegen das gehäusefeste Bauteil G genutzt ist und durch dessen Schließen der erste Planetenradsatz RS1 in eine Drehmoment übertragende Funktion gebracht ist, nicht mehr vorliegt. Diese Drehmoment übertragende Funktion ist bei dem Mehrstufengetriebe 100.1 der 3 durch ein zweites Schaltelement 20' realisiert, welches dem 2. Getriebeglied 1.2 des ersten Planetenradsatzes RS1 zugeordnet ist und als Kupplung wirkt, indem über das zweite Schaltelement 20' das 2. Getriebeglied 1.2 mit der Getriebeeingangswelle 1 wirkverbindbar ist, insbesondere drehfest verbindbar ist, welche wiederum mit dem 1. Getriebeglied des vierten Planetenradsatzes RS4 wirkverbunden ist, insbesondere drehfest verbunden ist. Bevorzugt ist dazu die dritte Welle 3 einerseits mit dem 2. Getriebeglied 1.2 des ersten Planetenradsatzes RS1 und andererseits mit dem zweiten Schaltelement 20' wirkverbunden, insbesondere drehfest verbunden. Das zweite Schaltelement 20' kann als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein, beispielsweise ein Klauenschaltelement sein.
  • Die bei dem Mehrstufengetriebe 100 der 1 vorgesehene schaltbare Festsetzung des 1. Getriebegliedes 1.1 des ersten Planetenradsatzes RS1 gegen das gehäusefeste Bauteil G liegt bei dem Mehrstufengetriebe 100.1 der 3 nicht mehr vor. Stattdessen ist bei dem Mehrstufengetriebe 100.1 das 1. Getriebeglied 1.1 des ersten Planetenradsatzes RS1 gegen das gehäusefeste Bauteil G festgesetzt, also drehfest verbunden.
  • 4 zeigt eine tabellarische Übersicht über mögliche Gänge, welche mit dem Mehrstufengetriebe 100.1 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 4 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 4 ist lediglich das zweite Schaltelement 20' des Mehrstufengetriebes 100.1 aufgenommen, welches gegenüber der 2 das zweite Schaltelement 20 des Mehrstufengetriebes 100 gemäß der 1 ersetzt.
  • 5 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines Mehrstufengetriebes 100.2, welches hybridisiert ist. Das Mehrstufengetriebe 100.2 basiert auf dem Mehrstufengetriebe 100 gemäß der 1, wobei unter anderem zusätzlich eine Elektromaschine EM vorgesehen ist, welche auf die Getriebeeingangswelle 1 treibend wirkt bzw. treibend wirken kann. Dazu wirkt die Elektromaschine EM direkt auf die Getriebeeingangswelle 1, beispielsweise ist der Rotor der Elektromaschine EM mit der Getriebeeingangswelle 1 gekoppelt, insbesondere drehfest verbunden.
  • Bei der Ausführungsform des Mehrstufengetriebes 100.2 der 5 ist die Elektromaschine EM koaxial bezüglich der Getriebeeingangswelle 1 angeordnet. Dadurch ist das hybridisierte Mehrstufengetriebe 100.2 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 100.2 gegenüber dem Mehrstufengetriebe 100 gemäß der 1 zusätzlich eine Trennkupplung 00 auf, welche zum Abkoppeln eines mit der Getriebeeingangswelle 1 triebverbundenen (in der 5 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 5 nicht dargestellten) Antrieb gekoppelt ist bzw. koppelbar ist.
  • Zum elektromotorischen Anfahren mittels der Elektromaschine EM kann eines der Schaltelemente 10, 20, 30, 40, 50 genutzt sein oder werden. Bevorzugt ist das erste Schaltelement 10 oder das fünfte Schaltelement 50 als Anfahrelement für ein Anfahren im 1. Vorwärtsgang und/oder im Rückwärtsgang genutzt. Bevorzugt ist das als Anfahrelement genutzte Schaltelement als Reibschlusselement ausgebildet.
  • 6 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform eines Mehrstufengetriebes 100.3, welches hybridisiert ist. Das Mehrstufengetriebe 100.3 basiert - wie das hybridisierte Mehrstufengetriebe 100.2 der 5 - auf dem Mehrstufengetriebe 100 gemäß der 1.
  • Das Mehrstufengetriebe 100.3 der 6 unterscheidet sich von dem Mehrstufengetriebe 100.2 der 5 dadurch, dass das bei dem Mehrstufengetriebe 100.3 die Elektromaschine EM achsversetzt zu der Getriebeeingangswelle 1 angeordnet ist. Beispielsweise liegt eine Abtriebswelle E1 der Elektromaschine EM achsparallel zu der Getriebeeingangswelle 1. Dadurch ist auch das hybridisierte Mehrstufengetriebe 100.3 für einen Front-Quer-Einbau oder einen Heck-Quer-Einbau beispielsweise in ein Kraftfahrzeug, insbesondere in ein Kraftfahrzeug mit Frontantrieb, geeignet.
  • Das Mehrstufengetriebe 100.3 der 6 unterscheidet sich von dem Mehrstufengetriebe 100.2 der 5 auch dadurch, dass das bei dem Mehrstufengetriebe 100.3 die Elektromaschine EM über eine Vorübersetzung mit der Getriebeeingangswelle 1 gekoppelt ist. Bevorzugt weist die Vorübersetzung wenigstens ein mit der Abtriebswelle E1 der Elektromaschine EM gekoppeltes Zahnrad Z2 auf, welches mit einem weiteren Zahnrad Z1 kämmt, das wiederum auf die Getriebeeingangswelle 1 wirkt, beispielsweise mit der Getriebeeingangswelle 1 drehfest verbunden ist. Die Vorübersetzung ist, in axialer Richtung bezüglich der Getriebeeingangswelle 1 und von dem getriebeeingangsseitigen Ende der Getriebeeingangswelle 1 ausgehend, in geometrischer Anordnung zu den Radsatzpaaren P1, P2 derart realisiert, dass die Vorübersetzung den Radsatzpaaren P1 und P2 vorgeschaltet ist.
  • 7 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform eines Mehrstufengetriebes 100.4, welches hybridisiert ist. Das Mehrstufengetriebe 100.4 basiert - wie die hybridisierten Mehrstufengetriebe 100.2 und 100.3 - auf dem Mehrstufengetriebe 100 gemäß der 1.
  • Das Mehrstufengetriebe 100.4 der 7 unterscheidet sich in gleicher Weise wie das Mehrstufengetriebe 100.3 der 6 von dem Mehrstufengetriebe 100.2 der 5 dadurch, dass das auch bei dem Mehrstufengetriebe 100.4 die Elektromaschine EM achsversetzt zu der Getriebeeingangswelle 1 angeordnet ist. Die bereits bei dem Mehrstufengetriebe 100.3 vorgesehene Vorübersetzung ist auch bei dem Mehrstufengetriebe 100.4 realisiert. Im Unterschied zu dem Mehrstufengetriebe 100.3 ist jedoch bei dem Mehrstufengetriebe 100.4 die Vorübersetzung, in axialer Richtung bezüglich der Getriebeeingangswelle 1 und von dem getriebeeingangsseitigen Ende der Getriebeeingangswelle 1 ausgehend, in geometrischer Anordnung zu den Radsatzpaaren P1, P2 derart realisiert, dass die Vorübersetzung den Radsatzpaaren P1 und P2 nachgeschaltet ist.
  • Grundsätzlich ist eine Hybridisierung auch des Mehrstufengetriebes 100.1 der 3 möglich. Die Hybridisierung kann in der Art und Weise erfolgen, wie es zu dem Mehrstufengetriebe 100.2 der 5 und/oder dem Mehrstufengetriebe 100.3 der 6 und/oder dem Mehrstufengetriebe 100.4 der 7 ausgeführt ist.
  • Bei den in den Figuren dargestellten Mehrstufengetrieben 100, 100.1, 100.2, 100.3 und 100.4 sind der Einfachheit halber die koaxial bezüglich der Getriebeeingangswelle 1 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
    8
    achte Welle
    P1
    erstes Radsatzpaar
    P2
    zweites Radsatzpaar
    RS1
    erster Planetenradsatz
    RS2
    zweiter Planetenradsatz
    RS3
    dritter Planetenradsatz
    RS4
    vierter Planetenradsatz
    1.1
    1. Getriebeglied des ersten Planetenradsatzes
    1.2
    2. Getriebeglied des ersten Planetenradsatzes
    1.3
    3. Getriebeglied des ersten Planetenradsatzes
    2.1
    1. Getriebeglied des zweiten Planetenradsatzes
    2.2
    2. Getriebeglied des zweiten Planetenradsatzes
    2.3
    3. Getriebeglied des zweiten Planetenradsatzes
    3.1
    1. Getriebeglied des dritten Planetenradsatzes
    3.2
    2. Getriebeglied des dritten Planetenradsatzes
    3.3
    3. Getriebeglied des dritten Planetenradsatzes
    4.1
    1. Getriebeglied des vierten Planetenradsatzes
    4.2
    2. Getriebeglied des vierten Planetenradsatzes
    4.3
    3. Getriebeglied des vierten Planetenradsatzes
    G
    gehäusefestes Bauteil
    EM
    Elektromaschine
    E1
    Abtriebswelle der Elektromaschine
    Z1
    Zahnrad
    Z2
    Zahnrad
    00
    Trennkupplung
    1'
    Antriebswelle
    10
    erstes Schaltelement
    20
    zweites Schaltelement
    20'
    zweites Schaltelement
    30
    drittes Schaltelement
    40
    viertes Schaltelement
    50
    fünftes Schaltelement
    100
    Mehrstufengetriebe
    100.1
    Mehrstufengetriebe
    100.2
    Mehrstufengetriebe
    100.3
    Mehrstufengetriebe
    100.4
    Mehrstufengetriebe
    A
    Pfeil
    B
    Pfeil

Claims (21)

  1. Mehrstufengetriebe (100; 100.1; 100.2; 100.3; 100.4), insbesondere für einen Antrieb eines Kraftfahrzeuges, aufweisend • eine Getriebeeingangswelle (1) als erste Welle und eine Getriebeausgangswelle (2) als zweite Welle, • vier Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3, RS4) als ersten Planetenradsatz (RS1), zweiten Planetenradsatz (RS2), dritten Planetenradsatz (RS3) und vierten Planetenradsatz (RS4) mit jeweils wenigstens drei Getriebegliedern (1.1, 1.2, 1.3; 2.1, 2.2, 2.3; 3.1, 3.2, 3.3; 4.1, 4.2, 4.3) und • mehrere Schaltelemente (10, 20, 30, 40, 50), deren selektives Schalten verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Getriebeeingangswelle (1) und der Getriebeausgangswelle (2) bewirkt, wobei die Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3, RS4) paarweise radial geschachtelt angeordnet sind und die Planetenradsätze (RS1, RS2; RS3, RS4) eines jeweiligen Radsatzpaares (P1; P2) eine gemeinsame Radebene bilden.
  2. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Getriebeglieder (1.1, 1.2, 1.3; 2.1, 2.2, 2.3; 3.1, 3.2, 3.3; 4.1, 4.2, 4.3) eines der Planetenradsätze (RS1, RS2; RS3, RS4) eines der Radsatzpaare (P1, P2) ein Hohlrad ist und eines der Getriebeglieder (3.1, 3.2, 3.3; 4.1, 4.2, 4.3) eines der Planetenradsätze (RS3, RS4) des anderen Radsatzpaares (P2) ein Sonnenrad ist und das Hohlrad und das Sonnenrad wirkverbunden sind.
  3. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der das Hohlrad aufweisende Planetenradsatz (RS2) ein radial außenliegender Planetenradsatz ist und der das Sonnenrad aufweisende Planetenradsatz (RS3) ein radial innenliegender Planetenradsatz ist.
  4. Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich eines der Radsatzpaare (P1, P2) vorgesehen ist, dass eines der Getriebeglieder (1.1, 1.2, 1.3) des einen Planetenradsatzes (RS1) ein Hohlrad und eines der Getriebeglieder (2.1, 2.2, 2.3) des anderen Planetenradsatzes (RS2) ein Sonnenrad ist und das Hohlrad und das Sonnenrad wirkverbunden sind.
  5. Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich eines der Radsatzpaare (P1, P2) vorgesehen ist, dass eines der Getriebeglieder (3.1, 3.2, 3.3) des einen Planetenradsatzes (RS3) und eines der Getriebeglieder (4.1, 4.2, 4.3) des anderen Planetenradsatzes (RS4) wirkverbunden sind und jeweils als Planetenradträger ausgebildet sind oder einen gemeinsamen Planetenradträger bilden.
  6. Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich des ersten Planetenradsatzes (RS1), des zweiten Planetenradsatzes (RS2), des dritten Planetenradsatzes (RS3) und des vierten Planetenradsatzes (RS4) die Getriebeglieder jeweils durch ein 1. Getriebeglied (1.1; 2.1; 3.1; 4.1), ein 2. Getriebeglied (1.2; 2.2; 3.2; 4.2) und ein 3. Getriebeglied (1.3; 2.3; 3.3; 4.3) gebildet sind, wobei der erste Planetenradsatz (RS1) und der zweite Planetenradsatz (RS2) ein erstes Radsatzpaar (P1) und der dritte Planetenradsatz (RS3) und der vierte Planetenradsatz (RS4) ein zweites Radsatzpaar (P2) bilden.
  7. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich des ersten Planetenradsatzes (RS1) das 1. Getriebeglied (1.1) mit einer dritten Welle (3), das 2. Getriebeglied (1.2) mit der Getriebeeingangswelle (1) und das 3. Getriebeglied (1.3) mit einer vierten Welle (4) drehfest verbunden sind, bezüglich des zweiten Planetenradsatzes (RS2) das 1. Getriebeglied (2.1) mit der vierten Welle (4), das 2. Getriebeglied (2.2) mit der Getriebeausgangswelle (2) und das 3. Getriebeglied (2.3) mit einer fünften Welle (5) drehfest verbunden sind, bezüglich des dritten Planetenradsatzes (RS3) das 1. Getriebeglied (3.1) mit der fünften Welle (5), das 2. Getriebeglied (3.2) mit einer sechsten Welle (6) und das 3. Getriebeglied (3.3) mit einer siebten Welle (7) drehfest verbunden sind und bezüglich des vierten Planetenradsatzes (RS4) das 1. Getriebeglied (4.1) mit der Getriebeeingangswelle (1), das 2. Getriebeglied (4.2) mit der sechsten Welle (6) und das 3. Getriebeglied (4.3) mit einer achten Welle (8) drehfest verbunden sind.
  8. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die achte Welle (8) über ein erstes Schaltelement (10) und die dritte Welle (3) über ein zweites Schaltelement (20) gegen ein gehäusefestes Bauteil (G) festsetzbar sind, die siebte Welle (7) über ein drittes Schaltelement (30) mit der Getriebeausgangswelle (2) wirkverbindbar ist, die fünfte Welle (5) über ein viertes Schaltelement (40) mit der achten Welle (8) wirkverbindbar ist und die siebte Welle (7) über ein fünftes Schaltelement (50) mit der vierten Welle (4) wirkverbindbar ist.
  9. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich des ersten Planetenradsatzes (RS1) das 1. Getriebeglied (1.1) mit einem gehäusefesten Bauteil (G), das 2. Getriebeglied (1.2) mit einer dritten Welle (3) und das 3. Getriebeglied (1.3) mit einer vierten Welle (4) drehfest verbunden sind, bezüglich des zweiten Planetenradsatzes (RS2) das 1. Getriebeglied (2.1) mit der vierten Welle (4), das 2. Getriebeglied (2.2) mit der Getriebeausgangswelle (2) und das 3. Getriebeglied (2.3) mit einer fünften Welle (5) drehfest verbunden sind, bezüglich des dritten Planetenradsatzes (RS3) das 1. Getriebeglied (3.1) mit der fünften Welle (5), das 2. Getriebeglied (3.2) mit einer sechsten Welle (6) und das 3. Getriebeglied (3.3) mit einer siebten Welle (7) drehfest verbunden sind und bezüglich des vierten Planetenradsatzes (RS4) das 1. Getriebeglied (4.1) mit der Getriebeeingangswelle (1), das 2. Getriebeglied (4.2) mit der sechsten Welle (6) und das 3. Getriebeglied (4.3) mit einer achten Welle (8) drehfest verbunden sind.
  10. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die achte Welle (8) über ein erstes Schaltelement (10) gegen das gehäusefeste Bauteil (G) festsetzbar ist, die dritte Welle (3) über ein zweites Schaltelement (20') mit der Getriebeeingangswelle (1) wirkverbindbar ist, die siebte Welle (7) über ein drittes Schaltelement (30) mit der Getriebeausgangswelle (2) wirkverbindbar ist, die fünfte Welle (5) über ein viertes Schaltelement (40) mit der achten Welle (8) wirkverbindbar ist und die siebte Welle (7) über ein fünftes Schaltelement (50) mit der vierten Welle (4) wirkverbindbar ist.
  11. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein, vorzugsweise sieben Vorwärtsgänge wahlweise schaltbar sind, wobei in einem 1. Vorwärtsgang das erste Schaltelement (10), das vierte Schaltelement (40) und das fünfte Schaltelement (50) geschlossen sind, in einem 2. Vorwärtsgang das erste Schaltelement (10), das dritte Schaltelement (30) und das fünfte Schaltelement (50) geschlossen sind, in einem 3. Vorwärtsgang das erste Schaltelement (10), das dritte Schaltelement (30) und das vierte Schaltelement (40) geschlossen sind, in einem 4. Vorwärtsgang das zweite Schaltelement (20; 20'), das dritte Schaltelement (30) und das vierte Schaltelement (40) geschlossen sind, in einem 5. Vorwärtsgang das dritte Schaltelement (30), das vierte Schaltelement (40) und das fünfte Schaltelement (50) geschlossen sind, in einem 6. Vorwärtsgang das zweite Schaltelement (20; 20'), das dritte Schaltelement (30) und das fünfte Schaltelement (50) geschlossen sind und/oder in einem 7. Vorwärtsgang das zweite Schaltelement (20; 20'), das vierte Schaltelement (40) und das fünfte Schaltelement (50) geschlossen sind.
  12. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 8 oder 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückwärtsgang schaltbar ist, wobei in dem Rückwärtsgang das erste Schaltelement (10), das zweite Schaltelement (20; 20') und das fünfte Schaltelement (50) geschlossen sind.
  13. Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (10) als formschlüssiges Schaltelement, insbesondere Klauenschaltelement, ausgebildet ist.
  14. Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3, RS4) als Minusgetriebe ausgebildet sind, wobei das 1. Getriebeglied (1.1, 2.1, 3.1, 4.1) ein Sonnenrad, das 2. Getriebeglied (1.2, 2.2, 3.2, 4.2) ein Planetenradträger und das 3. Getriebeglied (1.3, 2.3, 3.3, 4.3) ein Hohlrad ist.
  15. Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (1) und die Getriebeausgangswelle (2) koaxial zueinander liegen.
  16. Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung bezüglich der Getriebeeingangswelle (1) und von einem getriebeeingangsseitigen Ende der Getriebeeingangswelle (1) ausgehend, eine geometrische Anordnung der Radsatzpaare (P1, P2) in der Reihenfolge erstes Radsatzpaar (P1), zweites Radsatzpaar (P2) vorgesehen ist.
  17. 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.
  18. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (EM) zu der Getriebeeingangswelle (1) und/oder der Getriebeausgangswelle (2) achsversetzt angeordnet ist.
  19. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (EM) zu der Getriebeeingangswelle (1) und/oder der Getriebeausgangswelle (2) koaxial angeordnet ist.
  20. Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennkupplung (00) zum Abkoppeln eines mit der Getriebeeingangswelle (1) triebverbundenen Antriebes genutzt ist.
  21. Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Schaltelemente (10, 20, 30, 40, 50) als Anfahrelement genutzt ist.
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