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Die Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
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Aus der
DE 10 2008 055 626 A1 ist bereits ein Mehrstufengetriebe für Kraftfahrzeuge bekannt. Das Mehrstufengetriebe ist zur Schaltung von neun Vorwärtsgängen vorgesehen. Es umfasst ein Getriebeeingangselement, ein Getriebeausgangselement, vier wirkungsmäßig miteinander verbundene Planetenradstufen sowie sechs Schalteinheiten, die dazu vorgesehen sind, unterschiedliche Wirkverbindungen zwischen den Planetenradstufen und/oder einem Getriebegehäuse herzustellen.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Mehrstufengetriebe bereitzustellen, insbesondere hinsichtlich einer hohen Spreizung und/oder einer hohen Gangzahl. Sie wird durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung entsprechend dem Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einem Mehrstufengetriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit vier wirkungsmäßig miteinander verbundenen Planetenradstufen, die jeweils ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Planetenradträger aufweisen, mit mehreren Schalteinheiten, die insbesondere jeweils zwei drehfest miteinander verbindbare Kopplungselemente aufweisen, mit einem Getriebeeingangselement und mit einem, vorteilhaft koaxial zu dem Getriebeeingangselement angeordneten, Getriebeausgangselement, wobei der Planetenradträger der ersten Planetenradstufe permanent drehfest mit dem Hohlrad der zweiten Planetenradstufe und das Hohlrad der ersten Planetenradstufe permanent drehfest mit dem Sonnenrad der vierten Planetenradstufe verbunden ist.
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Es wird vorgeschlagen, dass das Hohlrad der dritten Planetenradstufe permanent drehfest mit dem Getriebeausgangselement verbunden ist. Vorzugsweise sind zumindest zwei Planetenradstufen der vier Planetenradstufen, bevorzugt drei Planetenradstufen der vier Planetenradstufen und besonderes bevorzugt sämtliche Planetenradstufen der vier Planetenradstufen als Einfachplanetenradstufen ausgebildet. Ferner weist das Mehrstufengetriebe vorteilhaft zumindest sechs, bevorzugt zumindest sieben und besonders bevorzugt genau sieben Schalteinheiten auf. Insbesondere sind zumindest drei, vorteilhaft genau drei, der Schalteinheiten als Kupplungen ausgebildet. Des Weiteren sind vorzugsweise zumindest drei, vorteilhaft zumindest vier und besonders bevorzugt genau vier der Schalteinheiten als Bremsen ausgebildet.
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Durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung des Mehrstufengetriebes kann eine vorteilhaft hohe Spreizung ermöglicht werden. Ferner lässt sich insbesondere eine hohe Gangzahl und/oder eine vorteilhafte Gangstufung realisieren. Bevorzugt lassen sich aufgrund der Gangzahl verschiedene Gang- und Spreizungskonzepte umsetzen. Zudem kann eine Ausgestaltung mit einer hohen Schaltflexibilität ermöglicht werden. Ferner besteht die Möglichkeit eine Hybrid- und/oder eine Allradfunktionalität bereitzustellen. Des Weiteren kann das Mehrstufengetriebe vorteilhaft nur mit Einfach-Planetenradstufen dargestellt werden. Insbesondere kann ein vorteilhaft hoher Wirkungsgrad, beispielsweise Verzahnungswirkungsgrad, und/oder eine geringe Verlustleistung, insbesondere durch niedrige Drehzahlfaktoren, erreicht werden. Ferner kann vorteilhaft einfach eine E-Maschine integriert werden. Hierdurch lassen sich besonders vorteilhaft stufenlose Übersetzungsbereiche einstellen.
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Das Mehrstufengetriebe kann zumindest konstruktiv zur Schaltung von neun oder zehn Vorwärtsgetriebegängen vorgesehen sein. Vorzugsweise ist jedoch das Mehrstufengetriebe zumindest konstruktiv zur Schaltung von zumindest elf Vorwärtsgetriebegängen vorgesehen. Insbesondere sind die Vorwärtsgetriebegänge unterschiedlich umgesetzt. Vorteilhaft ist das Mehrstufengetriebe zumindest konstruktiv zur Schaltung von genau elf Vorwärtsgetriebegängen vorgesehen. Besonders vorteilhaft existieren weitere redundante und zusätzliche Gänge. Insbesondere existieren dreizehn unabhängige Vorwärtsgetriebe. Ferner ist das Mehrstufengetriebe insbesondere zumindest konstruktiv zur Schaltung von zumindest einem Rückwärtsgetriebegang vorgesehen. Vorzugsweise ist das Mehrstufengetriebe zumindest konstruktiv zur Schaltung von genau einem Rückwärtsgetriebegang vorgesehen. Besonders vorteilhaft existiert ein weiterer redundanter und/oder zusätzlicher Rückwärtsgetriebegang. Vorzugsweise weist das Mehrstufengetriebe eine Spreizung von zumindest zwölf, vorzugsweise von größer dreizehn, auf und/oder ist zumindest konstruktiv zur Einstellung einer Spreizung von zumindest zwölf, vorzugsweise von größer dreizehn, geeignet. Es kann eine vorteilhaft große Spreizung erreicht werden. Hierdurch lassen sich insbesondere vorteilhaft verschiedene Gang- und/oder Spreizungskonzepte umsetzen. Durch die redundanten Gänge kann insbesondere eine vorteilhaft hohe Schaltflexibilität erreicht werden.
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Die vier Planetenradstufen sind im Folgenden mit „erster Planetenradstufe“, „zweiter Planetenradstufe“, „dritter Planetenradstufe“ und „vierter Planetenradstufe“ bezeichnet. Die Bezeichnungen „erste“, „zweite“, „dritte“ und „vierte“ Planetenradstufe sind insbesondere zur Festlegung einer axialen Anordnung vorgesehen, wobei eine axiale Reihenfolge der Planetenradstufen von der Reihenfolge der Nummerierung abweichen kann. Grundsätzlich ist eine geänderte Anordnung der Planetenradstufen und/oder eine gestapelte Anordnung, bei der die Planetenradstufen zumindest teilweise radial ineinander geschachtelt sind, denkbar. Insbesondere durch eine räumliche Umordnung der Schalteinheiten, durch eine geänderte Anordnung von Getriebeelementen und/oder durch Vertauschung der Sonnenräder, Planetenräder und/oder Hohlräder sind verschiedene kinematisch äquivalente Getriebestrukturen realisierbar. Insbesondere können Einfachplanetenradsätze kinematisch äquivalent durch Doppelplanetenradsätze ersetzt werden, insbesondere, wenn zugleich die Hohlradanbindung des zugehörigen Planetenradsatzes durch eine Steganbindung ersetzt wird. Unter „kinematisch äquivalenten Getriebestrukturen“ sollen dabei Getriebestrukturen verstanden werden, welche eine gleiche Anzahl von Schalteinheiten sowie identische Schaltschemata zur Schaltung der Vorwärtsgetriebegänge und der Rückwärtsgetriebegänge aufweisen. Die dem Fachmann bekannten Prinzipien zur Bildung von kinematisch äquivalenten Planetenradsätzen lassen sich unter anderem der VDI-Richtlinie 2157 entnehmen. Zudem kann auch eine Ausgestaltung der Planetenradstufen mit Einfachplanetenradsätzen oder Doppelplanetenradsätzen von dargestellten Ausführungsbeispielen abweichen. In kinematisch äquivalenter Weise ist es beispielsweise möglich, einen Einfachplanetenradsatz durch einen Doppelplanetenradsatz zu ersetzen, wobei für eine kinematisch gleiche Wirkweise zusätzlich insbesondere eine Standübersetzung der Planetenradstufe angepasst werden muss. Insbesondere bei einer Ausbildung mittels eines Doppelplanetenradsatzes kann grundsätzlich auch eine Anbindung von einem Sonnenrad und einem Planetenradträger, einem Hohlrad und einem Planetenradträger oder einem Sonnenrad und einem Hohlrad getauscht werden, wobei für eine kinematisch gleiche Wirkweise zusätzlich insbesondere eine Standübersetzung der Planetenradstufe angepasst werden muss. Vorteilhaft ist zumindest ein Doppelplanetenradsatz der Doppelplanetenradsätze als ein Ravigneaux-Satz oder als ein inverser Ravigneaux-Satz ausgebildet. Unter einem „Ravigneaux-Satz“ soll insbesondere ein Doppelplanetenradsatz mit einem gemeinsamen Hohlrad, mit einem gemeinsamen Planetenradträger, mit zwei verschiedenen, insbesondere verschieden großen, Sonnenrädern und mit zwei verschiedenen Planetenradsätzen verstanden werden. Ferner soll unter einem „inversen Ravigneaux-Satz“ insbesondere ein Doppelplanetenradsatz mit einem gemeinsamen Sonnenrad, mit einem gemeinsamen Planetenradträger, mit zwei verschiedenen, insbesondere verschieden großen, Hohlrädern und mit zwei verschiedenen Planetenradsätzen verstanden werden.
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Vorzugsweise weist das Mehrstufengetriebe eine vorteilhaft gute Stapelbarkeit auf. Durch die Stapelbarkeit kann insbesondere vorteilhaft ein Front-Quer Einsatz ermöglicht werden.
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Unter einem „Getriebeeingangselement“ soll ferner insbesondere ein Getriebeelement, das zumindest konstruktiv zur drehfesten Anbindung einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, verstanden werden. Unter einem „Getriebeausgangselement“ soll insbesondere ein Getriebeelement, das zumindest konstruktiv zur drehfesten Anbindung eines Achsantriebs vorgesehen ist, verstanden werden. Unter einem „Getriebeelement“ soll insbesondere eine Ausgestaltung verstanden werden, die zur permanenten drehfesten Verbindung zwischen den Sonnenrädern, Planetenradträgern, Hohlrädern und/oder Kopplungselementen vorgesehen ist. Unter „zumindest konstruktiv“ soll insbesondere verstanden werden, dass konstruktiv eine entsprechende Ausgestaltung vorgesehen ist, in einem eventuellen Ausführungsbeispiel aber von einer funktionellen Nutzung der konstruktiven Ausgestaltung abgesehen werden kann. Unter „konstruktiv zur Schaltung eines Getriebegangs vorgesehen“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass mittels der Schalteinheiten, insbesondere der Kupplungseinheiten und/oder Bremseinheiten, mechanisch ein entsprechender Getriebegang grundsätzlich bildbar ist, unabhängig davon, ob im Rahmen einer Schaltstrategie auf die Schaltung des Getriebegangs verzichtet wird oder nicht. Beispielsweise können in einer Ausgestaltung die Schalteinheiten konstruktiv zur Schaltung von mehr Vorwärtsgetriebegängen vorgesehen sein, als es sinnvoll sein kann, sie im Rahmen einer Betriebsstrategie für das Mehrstufengetriebe zu schalten. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
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Unter einer Schalteinheit, die als „Kupplung“ ausgebildet ist, soll insbesondere eine Schalteinheit verstanden werden, die in einem Leistungsfluss zwischen zwei der Planetenradstufen angeordnet ist und die dazu vorgesehen ist, ihre zwei drehbar angeordneten Kopplungselemente, die in einem geöffneten Zustand unabhängig voneinander verdrehbar sind, in einem geschlossenen Zustand drehfest miteinander zu verbinden. Unter einer Schalteinheit, die als „Bremse“ ausgebildet ist, soll insbesondere eine Schalteinheit verstanden werden, die wirkungsmäßig zwischen einer der Planetenradstufen und einem Getriebegehäuse angeordnet ist und die dazu vorgesehen ist, ihr drehbares Kopplungselement, das in einem geöffneten Zustand unabhängig von dem Getriebegehäuse verdrehbar ist, in einem geschlossenen Zustand mit ihrem drehfest mit dem Getriebegehäuse verbundenen Kopplungselement drehfest zu verbinden. Unter „drehfest verbunden“ soll insbesondere eine Verbindung verstanden werden, bei der ein Leistungsfluss über eine vollständige Umdrehung gemittelt mit einem unveränderten Drehmoment, einer unveränderten Drehrichtung und/oder einer unveränderten Drehzahl übertragen wird.
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Unter einer „Schalteinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere keine Kupplung verstanden werden, die einem, durch die Planetenradstufen ausgebildeten Zahnradsatz vorgeschaltet oder nachgeschaltet ist. Unter einer „dem Zahnradsatz vorgeschalteten Kupplung“ soll insbesondere eine Kupplung verstanden werden, die in zumindest einem Getriebegang in einem Leistungsfluss zwischen der Brennkraftmaschine und dem Getriebeeingangselement angeordnet ist, wie beispielsweise eine Trennkupplung oder eine Anfahrkupplung. Unter einer „dem Zahnradsatz nachgeschalteten Kupplung“ soll insbesondere eine Kupplungseinheit verstanden werden, die in zumindest einem Getriebegang in einem Leistungsfluss zwischen dem Getriebeausgangselement und einem Achsantrieb angeordnet ist, wie beispielsweise eine Allradkupplung. Grundsätzlich kann eine Schaltbarkeit des Mehrstufengetriebes durch eine dem Zahnradsatz vorgeschaltete oder nachgeschaltete Kupplungseinheit erhöht werden.
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Vorzugsweise umfasst das Mehrstufengetriebe Aktuatoren zur automatisierten Schaltung der Schalteinheiten. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, zumindest einen Teil der Schalteinheiten zumindest teilweise selbstständig schaltend auszuführen. Eine selbstständig schaltende Schalteinheit, insbesondere eine Kupplungseinheit oder Bremseinheit, ist vorzugsweise als ein Freilauf ausgebildet.
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Die Schalteinheiten können grundsätzlich reibschlüssig oder formschlüssig ausgebildet sein. Unter einer „reibschlüssig ausgebildeten Schalteinheit“ soll dabei insbesondere eine Schalteinheit verstanden werden, die zur Verbindung ihrer Kopplungselemente und/oder zur Anbindung ihres Kopplungselements zumindest zwei Reibpartner aufweist, die zur Herstellung einer drehfesten Verbindung reibschlüssig aneinander anliegen, wobei eine Übertragung eines Leistungsflusses in einem vollständig geschlossenen Zustand zumindest hauptsächlich durch Reibung erfolgt. Eine reibschlüssig ausgebildete Schalteinheit ist vorzugsweise als eine Lamellenschalteinheit ausgebildet. Eine reibschlüssig ausgebildete Kupplungseinheit ist dabei vorzugsweise als eine Lamellenkupplungseinheit und eine reibschlüssig ausgebildete Bremseinheit ist vorzugsweise als eine Lamellenbremseinheit ausgebildet. Unter einer „formschlüssig ausgebildeten Schalteinheit“ soll ferner insbesondere eine Schalteinheit verstanden werden, die zur Verbindung ihrer Kopplungselemente und/oder zur Anbindung ihres Kopplungselements eine Verzahnung und/oder Klauen aufweist, die zur Herstellung einer drehfesten Verbindung formschlüssig ineinandergreifen, wobei eine Übertragung eines Leistungsflusses in einem vollständig geschlossenen Zustand zumindest hauptsächlich durch einen Formschluss erfolgt. Eine formschlüssig ausgebildete Schalteinheit ist vorzugsweise als eine Klauenschalteinheit ausgebildet und bevorzugt über eine Schiebemuffe schaltbar. Eine formschlüssig ausgebildete Kupplungseinheit ist dabei vorzugsweise als eine Klauenkupplungseinheit und eine formschlüssig ausgebildete Bremseinheit ist vorzugsweise als eine Klauenbremseinheit ausgebildet. Darüber hinaus sind die formschlüssig ausgebildeten Schalteinheiten vorzugsweise ohne eine Synchronisierung ausgeführt, können grundsätzlich aber auch eine Synchronisierung aufweisen.
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Im vorliegenden Fall ist vorteilhaft zumindest ein Teil der Schalteinheiten formschlüssig ausgebildet. Insbesondere ist zumindest eine Schalteinheit der Schalteinheiten als eine Klauenschalteinheit ausgebildet. Dadurch kann ein Schleppverlust gering gehalten werden, wodurch ein Leistungsverlust innerhalb des Mehrstufengetriebes vorteilhaft verringert werden kann. Zudem können vorteilhaft Getriebeverluste reduziert werden, insbesondere im Vergleich zu herkömmlichen Lamellenschalteinheiten.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die erste Schalteinheit der Schalteinheiten dazu vorgesehen ist, den Planetenradträger der dritten Planetenradstufe gehäusefest anzuordnen. Insbesondere ordnet die erste Schalteinheit in zumindest einem Schaltzustand den Planetenradträger der dritten Planetenradstufe gehäusefest an. Vorteilhaft ist die erste Schalteinheit als eine erste Bremse ausgebildet. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die zweite Schalteinheit der Schalteinheiten dazu vorgesehen ist, den Planetenradträger der zweiten Planetenradstufe drehfest mit dem Planetenradträger der vierten Planetenradstufe zu verbinden. Insbesondere verbindet die zweite Schalteinheit in zumindest einem Schaltzustand den Planetenradträger der zweiten Planetenradstufe drehfest mit dem Planetenradträger der vierten Planetenradstufe. Vorteilhaft ist die zweite Schalteinheit als eine erste Kupplung ausgebildet. Zudem wird vorgeschlagen, dass die dritte Schalteinheit der Schalteinheiten dazu vorgesehen ist, das Getriebeeingangselement sowie das Sonnenrad der zweiten Planetenradstufe drehfest mit dem Planetenradträger der vierten Planetenradstufe zu verbinden. Insbesondere verbindet die dritte Schalteinheit in zumindest einem Schaltzustand das Getriebeeingangselement sowie das Sonnenrad der zweiten Planetenradstufe drehfest mit dem Planetenradträger der vierten Planetenradstufe. Vorteilhaft ist die dritte Schalteinheit als eine zweite Kupplung ausgebildet.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass der Planetenradträger der dritten Planetenradstufe permanent drehfest mit dem Hohlrad der vierten Planetenradstufe verbunden ist. Dadurch kann insbesondere eine Ausgestaltung mit einer hohen Spreizung und/oder einer hohen Gangzahl ermöglicht werden. Es kann insbesondere eine vorteilhafte Schaltbarkeit, insbesondere Schaltflexibilität, des Mehrstufengetriebes erreicht werden. Alternativ hierzu wird vorgeschlagen, dass die vierte Planetenradstufe als ein Doppelplanetenradsatz ausegführt sind, wobei in diesem Fall der Planetenradträger der dritten Planetenradstufe permanent drehfest mit dem Planetenradträger der vierten Planetenradstufe verbunden ist. Besonders vorteilhaft sind in diesem alternativen Fall die dritte Planetenradstufe und die vierte Planetenradstufe als ein inverser Ravigneaux-Satz ausgebildet. Hierdurch kann vorteilhaft eine insbesondere axiale Baulänge des Mehrstufengetriebes gering gehalten werden. Ferner kann insbesondere eine Anzahl von Bauteilen gering gehalten werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Mehrstufengetriebe zumindest eine E-Maschine aufweist, welche mit zumindest einem Planetenradstufenelement, insbesondere einem Sonnenrad, einem Planetenradträger und/oder einem Hohlrad, der ersten Planetenradstufe gekoppelt ist. Weiter wird vorgeschlagen, dass die E-Maschine zumindest einen Rotor aufweist, welcher mit dem Sonnenrad der ersten Planetenradstufe permanent drehfest verbunden ist. Zudem wird vorgeschlagen, dass die E-Maschine zumindest einen Rotor aufweist, welcher mit dem Planetenradträger der ersten Planetenradstufe permanent drehfest verbunden ist. Durch eine solche Ausgestaltung kann ein vorteilhaft hybridisiertes Mehrstufengetriebe mit einer Grundstruktur bereitgestellt werden, das eine Ausgestaltung mit einer hohen Flexibilität und/oder einem hohen Wirkungsgrad ermöglicht. Besonders vorteilhaft können hierdurch stufenlose Übersetzungsbereiche eingestellt werden.
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Die Begriffe „axial“ und „radial“ sind in diesem Zusammenhang insbesondere auf eine Hauptrotationsachse des Mehrstufengetriebes bezogen, so dass der Ausdruck „axial“ insbesondere eine Richtung bezeichnet, die parallel oder koaxial zu der Hauptrotationsachse verläuft. Ferner bezeichnet der Ausdruck „radial“ im Folgenden insbesondere eine Richtung, die senkrecht zu der Hauptrotationsachse verläuft. Unter einer „getriebeeingangsseitigen Anordnung“ soll insbesondere verstanden werden, dass das genannte Bauteil auf einer Seite des weiteren Bauteils angeordnet ist, welche dem Getriebeeingangselement und/oder der Brennkraftmaschine zugewandt ist. Unter einer „getriebeausgangsseitigen Anordnung“ soll insbesondere verstanden werden, dass das genannte Bauteil auf einer Seite des weiteren Bauteils angeordnet ist, welche dem Getriebeeingangselement und/oder der Brennkraftmaschine abgewandt ist, auch wenn das weitere Bauteil in axialer Richtung nach dem Getriebeausgangselement angeordnet ist, beispielsweise, weil das Getriebeausgangselement zwischen zwei Planetenradstufen angeordnet ist.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren sind fünf Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Antriebseinheit und mit einem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe in einer schematischen Darstellung,
- 2 ein Getriebeschema des erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes,
- 3 ein Getriebeschema eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes,
- 4 ein Schaltschema für das weitere Ausführungsbeispiel eines Mehrstufengetriebes,
- 5 eine Lastschaltbarkeit des weiteren Ausführungsbeispiels eines Mehrstufengetriebes,
- 6 ein Getriebeschema eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes mit einem Doppelplanetenradsatz,
- 7 ein Getriebeschema eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes mit einer E-Maschine und
- 8 ein Getriebeschema eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes mit einer E-Maschine.
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Die 1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 12a. Das Kraftfahrzeug 12a umfasst einen Antriebsstrang, über welchen nicht weiter sichtbar Antriebsräder 15a des Kraftfahrzeugs 12a angetrieben werden. Der Antriebsstrang umfasst eine Antriebseinheit 16a. Die Antriebseinheit 16a ist von einer Brennkraftmaschine gebildet. Die Antriebseinheit 16a ist von einem Verbrennungsmotor gebildet. Ferner weist das Kraftfahrzeug 12a ein Mehrstufengetriebe 17a auf. Die Antriebseinheit 16a weist eine angetriebene Kurbelwelle auf, welche mit einem Getriebeeingangselement 10a des Mehrstufengetriebes 17a verbunden ist. Das Mehrstufengetriebe 17a ist von einem Kraftfahrzeuggetriebe gebildet. Das Mehrstufengetriebe 17a bildet einen Teil des Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs 12a. Das Mehrstufengetriebe 17a ist entlang des Antriebsstrangs, insbesondere entlang eines Kraftflusses des Antriebsstrangs, hinter der Antriebseinheit 16a angeordnet. Das Mehrstufengetriebe 17a wird in zumindest einem Betriebszustand über die Antriebseinheit 16a angetrieben.
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Das Mehrstufengetriebe 17a weist genau vier wirkungsmäßig miteinander verbundene Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a auf. Das Mehrstufengetriebe 17a weist eine Hauptrotationsachse auf, zu der die erste Planetenradstufe P1a, die zweite Planetenradstufe P2a, die dritte Planetenradstufe P3a und die vierte Planetenradstufe P4a koaxial angeordnet sind. Die erste Planetenradstufe P1a, die zweite Planetenradstufe P2a, die dritte Planetenradstufe P3a und die vierte Planetenradstufe P4a sind im dargestellten Ausführungsbeispiel entlang der Hauptrotationsachse hintereinander angeordnet. Die vier Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a weisen jeweils ein Sonnenrad P11a, P21a, P31a, P41a, ein Hohlrad P13a, P23a, P33a, P43a und einen Planetenradträger P12a, P22a, P32a, P42a auf.
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Das Mehrstufengetriebe 17a weist mehrere Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S6a, S7a auf. Das Mehrstufengetriebe 17a weist genau sechs Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S6a, S7a auf, insbesondere eine erste Schalteinheit S1a, eine zweite Schalteinheit S2a, eine dritte Schalteinheit S3a, eine vierte Schalteinheit S4a, eine sechste Schalteinheit S6a und eine siebte Schalteinheit S7a. Die Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S6a, S7a sind zur Schaltung und/oder Verschaltung der Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a vorgesehen.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wurde gegenüber den weiteren Ausführungsbeispielen beispielhaft auf eine fünfte Schalteinheit, welche insbesondere in den weiteren Ausführungsbeispielen gezeigt ist, verzichtet. Durch einen Verzicht auf eine einzelne Schalteinheit, im vorliegenden Fall beispielsweise die fünfte Schalteinheit, lässt sich gezielt eine reduzierte Gangzahl erreichen. Über ein Entfall einer Schalteinheit lässt sich dadurch insbesondere vorteilhaft ein Gangzahlbaukasten aufbauen. Dadurch kann insbesondere ein Bauaufwand gering gehalten werden.
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Das Mehrstufengetriebe 17a weist ferner ein Getriebegehäuse 18a auf. Das Getriebegehäuse 18a nimmt die Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a und die Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S6a, S7a auf.
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Die Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S6a, S7a sind wirkungsmäßig innerhalb eines durch die Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a ausgebildeten Zahnradsatzes angeordnet. Die Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S6a, S7a sind somit dazu vorgesehen, unterschiedliche Wirkverbindungen zwischen den Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a untereinander und/oder dem Getriebegehäuse 18a herzustellen.
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Das Mehrstufengetriebe 17a ist konstruktiv dazu vorgesehen, zumindest neun unterschiedlich übersetzte Vorwärtsgetriebegänge zu schalten. Im vorliegenden Fall ist das Mehrstufengetriebe 17a konstruktiv dazu vorgesehen, genau neun unterschiedlich übersetzte Vorwärtsgetriebegänge zu schalten.
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Weiterhin ist das Mehrstufengetriebe 17a konstruktiv dazu vorgesehen, zumindest einen Rückwärtsgetriebegang zu schalten.
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Eine Anzahl der tatsächlich verwendeten Vorwärtsgetriebegänge, sowie der tatsächlich verwendeten Rückwärtsgetriebegänge kann dabei in Abhängigkeit von einer Betriebsstrategie eingeschränkt sein, beispielsweise elektronisch durch eine entsprechend programmierte Steuer- und Regeleinheit.
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Das Mehrstufengetriebe 17a ist dazu vorgesehen, die Antriebseinheit 16a mit zumindest einem nicht näher dargestellten Achsantrieb für einen Antrieb von Antriebsrädern 15a des Kraftfahrzeugs 12a zu verbinden. Mittels des Mehrstufengetriebes 17a kann ein Übersetzungsverhältnis zwischen der Antriebseinheit 16a und dem Achsantrieb eingestellt und/oder verändert werden.
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Das Mehrstufengetriebe 17a weist ein Getriebeeingangselement 10a auf. Das Getriebeeingangselement 10a ist getriebeeingangsseitig angeordnet. Das Getriebeeingangselement 10a ist als Getriebeeingangswelle ausgebildet. Das Getriebeeingangselement 10a ist dazu vorgesehen, ein von der Antriebseinheit 16a abgegebenes Antriebsmoment in das Mehrstufengetriebe 17a einzuleiten. Das Getriebeeingangselement 10a ist dazu vorgesehen, in montiertem Zustand drehfest mit einer Kurbelwelle der Antriebseinheit 16a verbunden zu werden. Grundsätzlich können zwischen dem Getriebeeingangselement 10a und der Antriebseinheit 16a weitere Bauteile, wie beispielsweise ein Schwingungsdämpfer, eine Anfahrkupplung, eine Trennkupplung oder ein Drehmomentwandler, angeordnet sein.
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Weiter weist das Mehrstufengetriebe 17a ein Getriebeausgangselement 11a auf. Das Getriebeausgangselement 11a ist getriebeausgangsseitig angeordnet. Das Getriebeausgangselement 11a ist als Getriebeausgangswelle ausgebildet. Das Getriebeausgangselement 11a ist dazu vorgesehen, ein Antriebsmoment aus dem Mehrstufengetriebe 17a auszuleiten. Das Getriebeausgangselement 11a ist dazu vorgesehen, in montiertem Zustand permanent drehfest mit dem Achsantrieb des Kraftfahrzeugs 12a verbunden zu werden. Dem Getriebeausgangselement 11a können unterschiedliche Module nachgeschaltet werden, mittels derer das aus dem Mehrstufengetriebe 17a ausgeleitete Moment auf die Antriebsräder 15a verteilt werden kann, wie beispielsweise ein Differentialgetriebe, das für einen Drehzahlausgleich zwischen den Antriebsrädern 15a vorgesehen ist, oder ein Allradantriebsmodul, das das Antriebsmoment auf zwei verschiedene Antriebsachsen verteilt.
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Das Getriebeeingangselement 10a und das Getriebeausgangselement 11a sind koaxial zu der Hauptrotationsachse angeordnet. Das Getriebeeingangselement 10a definiert im vorliegenden Fall eine der Antriebseinheit 16a zugewandte Seite. Das Getriebeausgangselement 11a definiert im vorliegenden Fall eine der Antriebseinheit 16a abgewandte Seite.
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Für das Getriebeeingangselement 10a und/oder das Getriebeausgangselement 11a sind in axialer Richtung grundsätzlich unterschiedliche Anordnungen denkbar. Das dargestellte Mehrstufengetriebe 17a ist insbesondere für einen Front-Längs-Einbau vorgesehen, bei welchem die Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a zwischen dem Getriebeeingangselement 10a und dem Getriebeausgangselement 11a angeordnet sind. Grundsätzlich ist jedoch auch eine Umordnung des Getriebeeingangselements 10a, des Getriebeausgangselements 11a und/oder der Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a möglich, bei der beispielsweise das Getriebeausgangselement 11a zwischen zwei der Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a und/oder auf einer Seite des Getriebeeingangselements 10a angeordnet ist, beispielsweise für einen Front-Quer-Einbau.
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Die Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a sind in axialer Richtung hintereinander angeordnet. Das Mehrstufengetriebe 17a weist dabei vier Ebenen auf, in denen die Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a angeordnet sind. Eine Nummerierung der Ebene entspricht einer Reihenfolge der Ebenen, die im Folgenden auf das Getriebeeingangselement 10a bezogen ist. Die erste Ebene weist einen kleineren Abstand zu der Antriebseinheit 16a auf, als die zweite Ebene, die dritte Ebene und/oder die vierte Ebene. Zudem weist die zweite Ebene einen kleineren Abstand zu der Antriebseinheit 16a auf als die dritte Ebene und/oder vierte Ebene. Zudem weist die dritte Ebene einen kleineren Abstand zu der Antriebseinheit 16a auf als die vierte Ebene. Zur Umgestaltung des Mehrstufengetriebes 17a ist es jedoch auch möglich, eine Reihenfolge der Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a entlang der Hauptrotationsachse zu ändern.
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Die erste Planetenradstufe P1a ist entlang der Hauptrotationsachse in der ersten Ebene angeordnet. Die erste Planetenradstufe P1a weist einen Einfachplanetenradsatz auf. Die erste Planetenradstufe P1a umfasst ein Sonnenrad P11a, ein Hohlrad P13a und einen Planetenradträger P12a. Der Planetenradträger P12a führt Planetenräder P14a auf einer Kreisbahn. Die Planetenräder P14a kämmen mit dem Sonnenrad P11a und mit dem Hohlrad P13a. Die Planetenräder P14a sind drehbar auf dem Planetenradträger P12a gelagert.
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Die zweite Planetenradstufe P2a ist entlang der Hauptrotationsachse in der zweiten Ebene angeordnet. Die zweite Planetenradstufe P2a ist entlang der Hauptrotationsachse auf einer dem Getriebeeingangselement 10a abgewandten Seite der ersten Planetenradstufe P1a angeordnet. Die zweite Planetenradstufe P2a weist einen Einfachplanetenradsatz auf. Die zweite Planetenradstufe P2a umfasst ein Sonnenrad P21a, ein Hohlrad P23a und einen Planetenradträger P22a. Der Planetenradträger P22a führt Planetenräder P24a auf einer Kreisbahn. Die Planetenräder P24a kämmen mit dem Sonnenrad P21a und mit dem Hohlrad P23a. Die Planetenräder P24a sind drehbar auf dem Planetenradträger P22a gelagert.
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Die dritte Planetenradstufe P3a ist entlang der Hauptrotationsachse in der dritten Ebene angeordnet. Die dritte Planetenradstufe P3a ist entlang der Hauptrotationsachse auf einer dem Getriebeeingangselement 10a abgewandten Seite der zweiten Planetenradstufe P2a angeordnet. Die dritte Planetenradstufe P3a weist einen Einfachplanetenradsatz auf. Die dritte Planetenradstufe P3a umfasst ein Sonnenrad P31a, ein Hohlrad P33a und einen Planetenradträger P32a. Der Planetenradträger P32a führt Planetenräder P34a auf einer Kreisbahn. Die Planetenräder P34a kämmen mit dem Sonnenrad P31a und mit dem Hohlrad P33a. Die Planetenräder P34a sind drehbar auf dem Planetenradträger P32a gelagert.
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Die vierte Planetenradstufe P4a ist entlang der Hauptrotationsachse in der vierten Ebene angeordnet. Die vierte Planetenradstufe P4a ist entlang der Hauptrotationsachse auf einer dem Getriebeeingangselement 10a abgewandten Seite der dritten Planetenradstufe P3a angeordnet. Die vierte Planetenradstufe P4a weist einen Einfachplanetenradsatz auf. Die vierte Planetenradstufe P4a umfasst ein Sonnenrad P41a, ein Hohlrad P43a und einen Planetenradträger P42a. Der Planetenradträger P42a führt Planetenräder P44a auf einer Kreisbahn. Die Planetenräder P44a kämmen mit dem Sonnenrad P41a und mit dem Hohlrad P43a. Die Planetenräder P44a sind drehbar auf dem Planetenradträger P42a gelagert.
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Drei Schalteinheiten S2a, S3a, S4a der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S6a, S7a sind als Kupplungen ausgebildet. Im vorliegenden Fall sind die zweite Schalteinheit S2a, die dritte Schalteinheit S3a und die vierte Schalteinheit S4a als Kupplungen ausgebildet. Die als Kupplungen ausgebildeten Schalteinheiten S2a, S3a, S4a weisen jeweils ein erstes drehbar gelagertes Kopplungselement S21a, S31a, S41a und ein zweites drehbar gelagertes Kopplungselement S22a, S32a, S42a auf. Die als Kupplungen ausgebildeten Schalteinheiten S2a, S3a, S4a sind jeweils dazu vorgesehen, ihre beiden Kopplungselemente S21a, S31a, S41a, S22a, S32a, S42a drehfest miteinander zu verbinden. Jedes der Kopplungselemente S21a, S31a, S41a, S22a, S32a, S42a der als Kupplungen ausgebildeten Schalteinheiten S2a, S3a, S4a ist mit zumindest einem der Sonnenräder P11a, P21a, P31a, P41a, einem der Planetenradträger P12a, P22a, P32a, P42a und/oder einem der Hohlräder P13a, P23a, P33a, P43a permanent drehfest verbunden.
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Drei Schalteinheiten S1a, S6a, S7a der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S6a, S7a sind als Bremsen ausgebildet. Im vorliegenden Fall sind die erste Schalteinheit S1a, die sechste Schalteinheit S6a und die siebte Schalteinheit S7a als Bremsen ausgebildet. Die als Bremsen ausgebildeten Schalteinheiten S1a, S6a, S7a weisen jeweils ein drehbar gelagertes Kopplungselement S11a, S61a, S71a und ein gehäusefest angeordnetes Kopplungselement S12a, S62a, S72a auf. Die als Bremsen ausgebildeten Schalteinheiten S1a, S6a, S7a sind jeweils dazu vorgesehen, ihr drehbar gelagertes Kopplungselement S11a, S61a, S71a drehfest mit dem Getriebegehäuse 18a zu verbinden. Jedes der drehbar gelagerten Kopplungselemente S11a, S61a, S71a der als Bremsen ausgebildeten Schalteinheiten S1a, S6a, S7a ist mit zumindest einem der Sonnenräder P11a, P21a, P31a, P41a, einem der Planetenradträger P12a, P22a, P32a, P42a und/oder einem der Hohlräder P13a, P23a, P33a, P43a permanent drehfest verbunden. Die gehäusefest angeordneten Kopplungselemente S12a, S62a, S72a der als Bremsen ausgebildeten Schalteinheiten S1a, S6a, S7a sind permanent drehfest mit dem Getriebegehäuse 18a verbunden. Die erste Schalteinheit S1a ist als Klaue umsetzbar. Die erste Schalteinheit S1a ist als Klauenschaltelement ausgebildet. Grundsätzlich wäre auch ein Einsatz eines Freilaufs statt der ersten Schalteinheit S1a, gegebenenfalls auch als Kombination mit einem Lamellenschaltelement, denkbar.
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Zur Verbindung der Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a untereinander und mit den Kopplungselementen S11a-S41a, S61a-S71a, S12a-S42a, S62a-S72a umfasst das Mehrstufengetriebe 17a eine Mehrzahl von Getriebeelementen 19a, 20a, 21a, 22a, 23a, insbesondere ein erstes Getriebeelement 19a, ein zweites Getriebeelement 20a, ein drittes Getriebeelement 21a, ein viertes Getriebeelement 22a und ein fünftes Getriebeelement 23a. Die Getriebeelemente 19a, 20a, 21a, 22a, 23a sind dazu vorgesehen, Drehmomente und/oder Drehbewegungen innerhalb des durch die Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a ausgebildeten Zahnradsatzes abzustützen und/oder zu übertragen. Jedes der Getriebeelemente 19a, 20a, 21a, 22a, 23a verbindet zumindest zwei der Sonnenräder P11a, P21a, P31a, P41a, Planetenradträger P12a, P22a, P32a, P42a, Hohlräder P13a, P23a, P33a, P43a und/oder Kopplungselemente S11a-S41a, S61a-S71a, S12a-S42a, S62a-S72a permanent drehfest miteinander oder stützt zumindest eines der Sonnenräder P11a, P21a, P31a, P41a, Planetenradträger P12a, P22a, P32a, P42a und/oder Hohlräder P13a, P23a, P33a, P43a permanent gegen das Getriebegehäuse 18a ab.
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Das Getriebeeingangselement 10a ist permanent drehfest mit dem Sonnenrad P21a der zweiten Planetenradstufe P2a verbunden. Ferner ist der Planetenradträger P12a der ersten Planetenradstufe P1a permanent drehfest mit dem Hohlrad P23a der zweiten Planetenradstufe P2a verbunden. Der Planetenradträger P12a der ersten Planetenradstufe P1a ist über das erste Getriebeelement 19a permanent drehfest mit dem Hohlrad P23a der zweiten Planetenradstufe P2a verbunden. Das erste Getriebeelement 19a ist drehfest mit dem Planetenradträger P12a der ersten Planetenradstufe P1a und mit dem Hohlrad P23a der zweiten Planetenradstufe P2a verbunden. Des Weiteren ist das Hohlrad P13a der ersten Planetenradstufe P1a permanent drehfest mit dem Sonnenrad P41a der vierten Planetenradstufe P4a verbunden. Das Hohlrad P13a der ersten Planetenradstufe P1a ist über das zweite Getriebeelement 20a permanent drehfest mit dem Sonnenrad P41a der vierten Planetenradstufe P4a verbunden. Zudem ist das Hohlrad P13a der ersten Planetenradstufe P1a permanent drehfest mit dem Sonnenrad P31a der dritten Planetenradstufe P3a verbunden. Das Hohlrad P13a der ersten Planetenradstufe P1a ist über das zweite Getriebeelement 20a permanent drehfest mit dem Sonnenrad P31a der dritten Planetenradstufe P3a verbunden. Ferner ist das Sonnenrad P31a der dritten Planetenradstufe P3a permanent drehfest mit dem Sonnenrad P41a der vierten Planetenradstufe P4a verbunden. Das Sonnenrad P31a der dritten Planetenradstufe P3a ist über das zweite Getriebeelement 20a permanent drehfest mit dem Sonnenrad P41a der vierten Planetenradstufe P4a verbunden. Das Hohlrad P13a der ersten Planetenradstufe P1a, das Sonnenrad P31a der dritten Planetenradstufe P3a und das Sonnenrad P41a der vierten Planetenradstufe P4a sind permanent drehfest miteinander verbunden. Das Hohlrad P13a der ersten Planetenradstufe P1a, das Sonnenrad P31a der dritten Planetenradstufe P3a und das Sonnenrad P41a der vierten Planetenradstufe P4a sind über das Getriebeelement 20a permanent drehfest miteinander verbunden. Zudem ist der Planetenradträger P32a der dritten Planetenradstufe P3a permanent drehfest mit dem Hohlrad P43a der vierten Planetenradstufe P4a verbunden. Der Planetenradträger P32a der dritten Planetenradstufe P3a ist über das dritte Getriebeelement 21a permanent drehfest mit dem Hohlrad P43a der vierten Planetenradstufe P4a verbunden. Des Weiteren ist das Hohlrad P33a der dritten Planetenradstufe P3a permanent drehfest mit dem Getriebeausgangselement 11a verbunden.
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Ferner ist die erste Schalteinheit S1a der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S6a, S7a dazu vorgesehen, den Planetenradträger P32a der dritten Planetenradstufe P3a gehäusefest anzuordnen. Der Planetenradträger P32a der dritten Planetenradstufe P3a ist dazu permanent drehfest mit dem ersten drehbar gelagerten Kopplungselement S11a der ersten Schalteinheit S1a verbunden. Die zweite Schalteinheit S2a der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S6a, S7a ist dazu vorgesehen, den Planetenradträger P22a der zweiten Planetenradstufe P2a drehfest mit dem Planetenradträger P42a der vierten Planetenradstufe P4a zu verbinden. Der Planetenradträger P42a der vierten Planetenradstufe P4a ist dazu über das vierte Getriebeelement 22a permanent drehfest mit dem ersten drehbar gelagerten Kopplungselement S21a der zweiten Schalteinheit S2a verbunden. Ferner ist der Planetenradträger P22a der zweiten Planetenradstufe P2a dazu über das fünfte Getriebeelement 23a permanent drehfest mit dem zweiten drehbar gelagerten Kopplungselement S22a der zweiten Schalteinheit S2a verbunden. Die dritte Schalteinheit S3a der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S6a, S7a ist dazu vorgesehen, das Getriebeeingangselement 10a sowie das Sonnenrad P21a der zweiten Planetenradstufe P2a drehfest mit dem Planetenradträger P42a der vierten Planetenradstufe P4a zu verbinden. Das Getriebeeingangselement 10a und das Sonnenrad P21a der zweiten Planetenradstufe P2a sind dazu permanent drehfest mit dem ersten drehbar gelagerten Kopplungselement S31a der dritten Schalteinheit S3a verbunden. Ferner ist der Planetenradträger P42a der vierten Planetenradstufe P4a über das vierte Getriebeelement 22a permanent drehfest mit dem zweiten drehbar gelagerten Kopplungselement S32a der dritten Schalteinheit S3a verbunden. Des Weiteren ist die vierte Schalteinheit S4a der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S6a, S7a dazu vorgesehen, das Hohlrad P13a der ersten Planetenradstufe P1a, das Sonnenrad P31a der dritten Planetenradstufe P3a und das Sonnenrad P41a der vierten Planetenradstufe P4a drehfest mit dem Planetenradträger P22a der zweiten Planetenradstufe P2a zu verbinden. Der Planetenradträger P22a der zweiten Planetenradstufe P2a ist dazu permanent drehfest mit dem ersten drehbar gelagerten Kopplungselement S41a der vierten Schalteinheit S4a verbunden. Ferner sind das Hohlrad P13a der ersten Planetenradstufe P1a, das Sonnenrad P31a der dritten Planetenradstufe P3a und das Sonnenrad P41a der vierten Planetenradstufe P4a permanent drehfest mit dem zweiten drehbar gelagerten Kopplungselement S42a der vierten Schalteinheit S4a verbunden.
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Die sechste Schalteinheit S6a der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S6a, S7a ist dazu vorgesehen, das Sonnenrad P11a der ersten Planetenradstufe P1a gehäusefest anzuordnen. Das Sonnenrad P11a der ersten Planetenradstufe P1a ist dazu permanent drehfest mit dem drehbar gelagerten Kopplungselement S61a der sechsten Schalteinheit S6a verbunden. Die siebte Schalteinheit S7a der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S6a, S7a ist dazu vorgesehen, den Planetenradträger P22a der zweiten Planetenradstufe P2a gehäusefest anzuordnen. Der Planetenradträger P22a der zweiten Planetenradstufe P2a ist dazu permanent drehfest mit dem drehbar gelagerten Kopplungselement S71a der siebten Schalteinheit S7a verbunden.
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Die erste Schalteinheit S1a ist axial zwischen der zweiten Planetenradstufe P2a und der dritten Planetenradstufe P3a angeordnet. Die erste Schalteinheit S1a ist außenliegend ausgeführt. Die zweite Schalteinheit S2a ist axial zwischen der zweiten Planetenradstufe P2a und der dritten Planetenradstufe P3a angeordnet. Die zweite Schalteinheit S2a ist innenliegend ausgeführt. Die dritte Schalteinheit S3a ist axial zwischen der zweiten Planetenradstufe P2a und der dritten Planetenradstufe P3a angeordnet. Die dritte Schalteinheit S3a ist innenliegend ausgeführt. Die vierte Schalteinheit S4a ist axial zwischen der zweiten Planetenradstufe P2a und der dritten Planetenradstufe P3a angeordnet. Die vierte Schalteinheit S4a ist innenliegend ausgeführt. Die sechste Schalteinheit S6a ist zwischen der Antriebseinheit 16a und der ersten Planetenradstufe P1a angeordnet. Die sechste Schalteinheit S6a ist außenliegend ausgeführt. Die siebte Schalteinheit S7a ist zwischen der Antriebseinheit 16a und der ersten Planetenradstufe P1a angeordnet. Die siebte Schalteinheit S7a ist außenliegend ausgeführt. Ferner können die Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S6a, S7a grundsätzlich reibschlüssig oder formschlüssig ausgebildet sein. Im vorliegenden Fall ist zumindest ein Teil der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S6a, S7a formschlüssig ausgebildet.
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Die Struktur weist kein klassisches Verblockungsschaltelement auf. Die nötigen Radsatzverblockungen werden durch ein gemeinsames Schließen der zweiten Schalteinheit S2a und der dritten Schalteinheit S3a hergestellt.
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In den 3, 6, 7 und 8 sind weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der 1 und 2, verwiesen werden kann. Ferner kann insbesondere in Bezug auf das Schaltschema und die Schaltbarkeit der in den 2, 6, 7 und 8 gezeigten Ausführungsbeispiele grundsätzlich auch auf das in 4 gezeigte Schaltschema und auf die in 5 gezeigte Schaltbarkeit verwiesen werden. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 und 2 nachgestellt. In den Ausführungsbeispielen der 3, 6, 7 und 8 ist der Buchstabe a durch die Buchstaben b, c, d und e ersetzt.
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3 zeigt ein Getriebeschema eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Mehrstufengetriebes für ein Kraftfahrzeug, das zumindest konstruktiv zur Schaltung von zumindest elf Vorwärtsgetriebegängen V1b-V11b und zumindest einem Rückwärtsgetriebegang R1b vorgesehen ist. Das Getriebeschema entspricht strukturell dem Getriebeschema der 2.
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Das Mehrstufengetriebe umfasst ein Getriebeeingangselement 10b zur drehfesten Anbindung einer Antriebseinheit und ein Getriebeausgangselement 11b zur drehfesten Anbindung eines Achsantriebs. Zudem umfasst das Mehrstufengetriebe einen Zahnradsatz mit einer ersten Planetenradstufe P1b, einer zweiten Planetenradstufe P2b, einer dritten Planetenradstufe P3b und einer vierten Planetenradstufe P4b, die jeweils ein Sonnenrad P11b, P21b, P31b, P41b, ein Hohlrad P13b, P23b, P33b, P43b und einen Planetenradträger P12b, P22b, P32b, P42b, welcher Planetenräder P14b, P24b, P34b, P44b in einer Kreisbahn um das entsprechende Sonnenrad P11b, P21b, P31b, P41b führt, aufweisen. Weiter umfasst das Mehrstufengetriebe sieben Schalteinheiten S1b, S2b, S3b, S4b, S5b, S6b, S7b, die jeweils zwei Kopplungselemente S11b-S72b aufweisen. Zur Übertragung von Leistungsflüssen zwischen den Planetenradstufen P1b, P2b, P3b, P4b und/oder zur Abstützung gegen ein Getriebegehäuse 18b umfasst das Mehrstufengetriebe eine Mehrzahl von Getriebeelementen 19b, 20b, 21b, 22b, 23b.
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Das Getriebeschema unterscheidet sich insbesondere durch eine zusätzliche Schalteinheit, welche als eine fünfte Schalteinheit S5b der Schalteinheiten S1b, S2b, S3b, S4b, S5b, S6b, S7b ausgebildet ist, von dem Getriebeschema des Ausführungsbeispiels in 2. Die fünfte Schalteinheit S5b ist dazu vorgesehen, den Planetenradträger P12b der ersten Planetenradstufe P1b gehäusefest anzuordnen. Der Planetenradträger P12b der ersten Planetenradstufe P1b ist dazu permanent drehfest mit einem drehbar gelagerten Kopplungselement S51b der fünften Schalteinheit S5b verbunden. Die fünfte Schalteinheit S5b ist axial zwischen der Antriebseinheit und der ersten Planetenradstufe P1b angeordnet. Die fünfte Schalteinheit S5b ist außenliegend ausgeführt. Ferner kann die fünfte Schalteinheit S5b grundsätzlich reibschlüssig oder formschlüssig ausgebildet sein. Ferner ist das Mehrstufengetriebe zumindest konstruktiv dazu vorgesehen, zumindest elf unterschiedlich übersetzte Vorwärtsgetriebegänge V1b-V11b zu schalten. Im vorliegenden Fall ist das Mehrstufengetriebe konstruktiv dazu vorgesehen, genau elf unterschiedlich übersetzte Vorwärtsgetriebegänge V1b-V11b zu schalten. Zudem existieren zwei weitere redundante und/oder zusätzliche Vorwärtsgetriebegänge. Im vorliegenden Fall existiert ein zu einem zehnten Vorwärtsgetriebegang V10b der Vorwärtsgetriebegänge V1b-V11b redundanter Gang sowie ein Zwischengang. Weiterhin ist das Mehrstufengetriebe konstruktiv dazu vorgesehen, zumindest einen Rückwärtsgetriebegang R1b zu schalten. Im vorliegenden Fall ist das Mehrstufengetriebe konstruktiv dazu vorgesehen, genau einen Rückwärtsgetriebegang R1b zu schalten. Ferner existiert im vorliegenden Fall ein weiterer Rückwärtsgetriebegang. Eine Anzahl der tatsächlich verwendeten Vorwärtsgetriebegänge, sowie der tatsächlich verwendeten Rückwärtsgetriebegänge kann dabei in Abhängigkeit von einer Betriebsstrategie eingeschränkt sein, beispielsweise elektronisch durch eine entsprechend programmierte Steuer- und Regeleinheit. Durch diese Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Gangzahl und/oder eine Spreizung erhöht werden.
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Das in 4 dargestellte Schaltschema zeigt, wie durch Schließen der Schalteinheiten S1b, S2b, S3b, S4b, S5b, S6b, S7b die Vorwärtsgetriebegänge V1b-V11 b und der Rückwärtsgetriebegang R1b geschaltet werden. Die Vorwärtsgetriebegänge V1b-V11b und der Rückwärtsgetriebegang R1b werden jeweils durch Schließen von drei der insgesamt sieben Schalteinheiten S1b, S2b, S3b, S4b, S5b, S6b, S7b geschaltet. Die in 5 dargestellte Lastschaltbarkeit ergibt sich unmittelbar aus dem in 4 dargestellten Schaltschema. Eine Lastschaltung zwischen zwei der Vorwärtsgetriebegänge V1b-V11b, ist dabei insbesondere immer dann möglich, wenn in einem Schaltvorgang höchstens eine der Schalteinheiten S1b, S2b, S3b, S4b, S5b, S6b, S7b geschlossen wird und/oder höchstens eine der Schalteinheiten S1b, S2b, S3b, S4b, S5b, S6b, S7b geöffnet wird, d.h. wenn ein Leistungsfluss von einer der Schalteinheiten S1b, S2b, S3b, S4b, S5b, S6b, S7b an eine andere der Schalteinheiten S1b, S2b, S3b, S4b, S5b, S6b, S7b übergeben wird oder wenn ein Schaltzustand von lediglich einer der Schalteinheiten S1b, S2b, S3b, S4b, S5b, S6b, S7b verändert wird.
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6 zeigt ein Getriebeschema eines dritten Ausführungsbeispiels eines Mehrstufengetriebes für ein Kraftfahrzeug, das zumindest konstruktiv zur Schaltung von zumindest elf Vorwärtsgetriebegängen und zumindest einem Rückwärtsgetriebegang vorgesehen ist. Das Getriebeschema entspricht strukturell dem Getriebeschema der 3.
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Das Mehrstufengetriebe umfasst ein Getriebeeingangselement 10c zur drehfesten Anbindung einer Antriebseinheit und ein Getriebeausgangselement 11c zur drehfesten Anbindung eines Achsantriebs. Zudem umfasst das Mehrstufengetriebe einen Zahnradsatz mit einer ersten Planetenradstufe P1c, einer zweiten Planetenradstufe P2c, einer dritten Planetenradstufe P3c und einer vierten Planetenradstufe P4c, die jeweils ein Sonnenrad P11c, P21c, P31c, P41c, ein Hohlrad P13c, P23c, P33c, P43c und einen Planetenradträger P12c, P22c, P32c, P42c, welcher Planetenräder P14c, P24c, P34c, P44c in einer Kreisbahn um das entsprechende Sonnenrad P11c, P21c, P31c, P41c führt, aufweisen. Weiter umfasst das Mehrstufengetriebe sieben Schalteinheiten S1c, S2c, S3c, S4c, S5c, S6c, S7c, die jeweils zwei Kopplungselemente S11c-S72c aufweisen. Zur Übertragung von Leistungsflüssen zwischen den Planetenradstufen P1c, P2c, P3c, P4c und/oder zur Abstützung gegen ein Getriebegehäuse 18c umfasst das Mehrstufengetriebe eine Mehrzahl von Getriebeelementen 19c, 20c, 22c, 23c.
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Das Getriebeschema unterscheidet sich insbesondere darin, dass die dritte Planetenradstufe P3c und die vierte Planetenradstufe P4c als ein Doppelplanetenradsatz ausgebildet sind. Die dritte Planetenradstufe P3c und die vierte Planetenradstufe P4c sind als ein inverser Ravigneaux-Satz ausgebildet. Das Sonnenrad P31c der dritten Planetenradstufe P3c und das Sonnenrad P41c der vierten Planetenradstufe P4c sind einstückig ausgebildet. Ferner sind das Sonnenrad P31c der dritten Planetenradstufe P3c und das Sonnenrad P41c der vierten Planetenradstufe P4c in einer selben Ebene mit den Planetenrädern P44c der vierten Planetenradstufe P4c und dem Hohlrad P43c der vierten Planetenradstufe P4c angeordnet. Des Weiteren sind der Planetenradträger P32c der dritten Planetenradstufe P3c und der Planetenradträger P42c der vierten Planetenradstufe P4c einstückig ausgebildet. Zudem sind die Planetenräder P34c der dritten Planetenradstufe P3c radial versetzt zu den Planetenrädern P44c der vierten Planetenradstufe P4c angeordnet. Die Planetenräder P34c der dritten Planetenradstufe P3c weisen gegenüber den Planetenrädern P44c der vierten Planetenradstufe P4c in axialer Richtung eine erhöhte Ausdehnung auf. Durch die Verwendung des Doppelplanetenradsatzes ist das Mehrstufengetriebe frei von einem Getriebeelement, welches den Planetenradträger P32c der dritten Planetenradstufe P3c permanent drehfest mit dem Hohlrad P43c der vierten Planetenradstufe P4c verbindet. Ferner ist das Getriebeelement 22c frei von einer permanent drehfesten Verbindung mit dem Planetenradträger P42c der vierten Planetenradstufe P4c. Das Getriebeelement 22c ist permanent drehfest mit dem Hohlrad P43c der vierten Planetenradstufe P4c verbunden. Die Ausführung der Planetenradstufen P3c und der Planetenradstufe P4c als ein Doppelplanetenradsatz ermöglicht eine geringe axiale Baulänge des Mehrstufengetriebes. Grundsätzlich können jedoch zwei beliebige benachbart angeordnete Planetenradstufen eines Mehrstufengetriebes, welches vier Planetenradstufen aufweist, als ein Doppelplanetenradsatz ausgebildet sein. Es ist auch denkbar, dass die vier Planetenradstufen als zwei Doppelplanetenradsätze ausgebildet sind.
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7 zeigt ein Getriebeschema eines vierten Ausführungsbeispiels eines Mehrstufengetriebes für ein Kraftfahrzeug, das zumindest konstruktiv zur Schaltung von zumindest elf Vorwärtsgetriebegängen und zumindest einem Rückwärtsgetriebegang vorgesehen ist. Das Getriebeschema entspricht strukturell dem Getriebeschema der 3.
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Das Mehrstufengetriebe umfasst ein Getriebeeingangselement 10d zur drehfesten Anbindung einer Antriebseinheit und ein Getriebeausgangselement 11d zur drehfesten Anbindung eines Achsantriebs. Zudem umfasst das Mehrstufengetriebe einen Zahnradsatz mit einer ersten Planetenradstufe P1d, einer zweiten Planetenradstufe P2d, einer dritten Planetenradstufe P3d und einer vierten Planetenradstufe P4d, die jeweils ein Sonnenrad P11d, P21d, P31d, P41d, ein Hohlrad P13d, P23d, P33d, P43d und einen Planetenradträger P12d, P22d, P32d, P42d, welcher Planetenräder P14d, P24d, P34d, P44d in einer Kreisbahn um das entsprechende Sonnenrad P11d, P21d, P31d, P41d führt, aufweisen. Weiter umfasst das Mehrstufengetriebe sieben Schalteinheiten S1d, S2d, S3d, S4d, S5d, S6d, S7d, die jeweils zwei Kopplungselemente S11d-S72d aufweisen. Zur Übertragung von Leistungsflüssen zwischen den Planetenradstufen P1d, P2d, P3d, P4d und/oder zur Abstützung gegen ein Getriebegehäuse 18d umfasst das Mehrstufengetriebe eine Mehrzahl von Getriebeelementen 19d, 20d, 21d, 22d, 23d.
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Das Mehrstufengetriebe kann zur Bereitstellung einer Hybridfunktionalität mit einem Hybridantriebsmodul verbunden werden, mittels dessen ein Antriebsmoment verändert werden kann. Weiter kann mittels des Hybridantriebsmoduls und dem Mehrstufengetriebe ein CVT realisiert werden, wodurch ein Mehrstufengetriebe realisiert werden kann, dessen Übersetzungsverhältnis zumindest in Teilbereichen stufenlos eingestellt werden kann. Insbesondere ist es dabei denkbar, zumindest einen Elektromotor oder zumindest zwei Elektromotoren in den Zahnradsatz zu integrieren, um ein Hybridantriebsmodul bereitzustellen. Ein Elektromotor ist dabei insbesondere als Antriebsmaschine und/oder als Generator betreibbar. Zudem kann ein Elektromotor als Starter für eine an das Mehrstufengetriebe angebundene Antriebseinheit vorgesehen werden. Auch kann das Mehrstufengetriebe mittels eines Elektromotors zur Schaltung von EVT-Fahrbereichen vorgesehen sein, welche insbesondere für einen Anfahrvorgang dienen. Dadurch kann auf ein zusätzliches Anfahrelement und/oder eine Ausgestaltung von einer der Schalteinheiten S1d, S2d, S3d, S4d, S5d, S6d, S7d als Anfahrelement verzichtet werden, wodurch das Mehrstufengetriebe konstruktiv besonders einfach und günstig ausgebildet werden kann.
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Im vorliegenden Fall unterscheidet sich das Getriebeschema insbesondere darin, dass das Mehrstufengetriebe eine E-Maschine 13d aufweist, welche mit einem Planetenradstufenelement, insbesondere einem Sonnenrad, einem Planetenradträger und/oder einem Hohlrad, der ersten Planetenradstufe P1d gekoppelt ist. Die E-Maschine 13d weist einen Rotor 14d auf. Der Rotor 14d ist permanent drehfest mit dem als Sonnenrad P11d ausgebildeten Planetenradstufenelement der ersten Planetenradstufe P1d verbunden. Der Rotor 14d ist permanent drehfest mit dem Planetenradträger P12d der ersten Planetenradstufe P1d verbunden. Die Ankopplung der E-Maschine 13d an den Planetenradträger P12d der ersten Planetenradstufe P1d ermöglicht verschiedene EVT- und/oder EV-Modi, im vorliegenden Fall EV-Modi mit i=12 und i=5,5. Daraus ergeben sich insbesondere gute stufenlose Übersetzungsbereiche, insbesondere EVT-Bereiche. Zudem wäre grundsätzlich denkbar, dass aufgrund der E-Maschine 13d auf die sechste Schalteinheit S6d verzichtet werden kann.
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8 zeigt ein Getriebeschema eines fünften Ausführungsbeispiels eines Mehrstufengetriebes für ein Kraftfahrzeug, das zumindest konstruktiv zur Schaltung von zumindest elf Vorwärtsgetriebegängen und zumindest einem Rückwärtsgetriebegang vorgesehen ist. Das Getriebeschema entspricht strukturell dem Getriebeschema der 7.
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Das Mehrstufengetriebe umfasst ein Getriebeeingangselement 10e zur drehfesten Anbindung einer Antriebseinheit und ein Getriebeausgangselement 11e zur drehfesten Anbindung eines Achsantriebs. Zudem umfasst das Mehrstufengetriebe einen Zahnradsatz mit einer ersten Planetenradstufe P1e, einer zweiten Planetenradstufe P2e, einer dritten Planetenradstufe P3e und einer vierten Planetenradstufe P4e, die jeweils ein Sonnenrad P11e, P21e, P31e, P41e, ein Hohlrad P13e, P23e, P33e, P43e und einen Planetenradträger P12e, P22e, P32e, P42e, welcher Planetenräder P14e, P24e, P34e, P44e in einer Kreisbahn um das entsprechende Sonnenrad P11e, P21e, P31e, P41e führt, aufweisen. Weiter umfasst das Mehrstufengetriebe sieben Schalteinheiten S1e, S2e, S3e, S4e, S5e, S6e, S7e, die jeweils zwei Kopplungselemente S11e-S72e aufweisen. Zur Übertragung von Leistungsflüssen zwischen den Planetenradstufen P1e, P2e, P3e, P4e und/oder zur Abstützung gegen ein Getriebegehäuse 18e umfasst das Mehrstufengetriebe eine Mehrzahl von Getriebeelementen 19e, 20e, 21e, 22e, 23e. Ferner weist das Mehrstufengetriebe eine E-Maschine 13e auf, welche mit einem Planetenradstufenelement der ersten Planetenradstufe P1e gekoppelt ist. Die E-Maschine 13e weist einen Rotor 14e auf.
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Das Getriebeschema unterscheidet sich insbesondere darin, dass der Rotor 14e permanent drehfest mit dem als Planetenradträger P12e ausgebildeten Planetenradstufenelement der ersten Planetenradstufe P1e verbunden ist. Der Rotor 14e ist permanent drehfest mit dem Sonnenrad P11e der ersten Planetenradstufe P1e verbunden. Die Ankopplung der E-Maschine 13e an das Sonnenrad P11e der ersten Planetenradstufe P1e ermöglicht verschiedene EVT- und/oder EV-Modi. Daraus ergeben sich insbesondere gute stufenlose Übersetzungsbereiche, insbesondere EVT-Bereiche. Ferner kann durch die Ankopplung der E-Maschine 13e an das Sonnenrad P11e der ersten Planetenradstufe P1e die sechste Schalteinheit S6e entfallen oder durch eine Klaue ersetzt werden. Grundsätzlich kann eine E-Maschine an eine beliebige Getriebewelle gekoppelt werden, wodurch sich diverse Features ermöglichen lassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Getriebeeingangselement
- 11
- Getriebeausgangselement
- 12
- Kraftfahrzeug
- 13
- E-Maschine
- 14
- Rotor
- 15
- Antriebsrad
- 16
- Antriebseinheit
- 17
- Mehrstufengetriebe
- 18
- Getriebegehäuse
- 19
- Getriebeelement
- 20
- Getriebeelement
- 21
- Getriebeelement
- 22
- Getriebeelement
- 23
- Getriebeelement
- P1
- Planetenradstufe
- P11
- Sonnenrad
- P12
- Planetenradträger
- P13
- Hohlrad
- P14
- Planetenräder
- P2
- Planetenradstufe
- P21
- Sonnenrad
- P22
- Planetenradtäger
- P23
- Hohlrad
- P24
- Planetenräder
- P3
- Planetenradstufe
- P31
- Sonnenrad
- P32
- Planetenradträger
- P33
- Hohlrad
- P34
- Planetenräder
- P4
- Planetenradstufe
- P41
- Sonnenrad
- P42
- Planetenradträger
- P43
- Hohlrad
- P44
- Planetenräder
- S1
- Schalteinheit
- S11
- Kopplungselement
- S12
- Kopplungselement
- S2
- Schalteinheit
- S21
- Kopplungselement
- S22
- Kopplungselement
- S3
- Schalteinheit
- S31
- Kopplungselement
- S32
- Kopplungselement
- S4
- Schalteinheit
- S41
- Kopplungselement
- S42
- Kopplungselement
- S5
- Schalteinheit
- S51
- Kopplungselement
- S52
- Kopplungselement
- S6
- Schalteinheit
- S61
- Kopplungselement
- S62
- Kopplungselement
- S7
- Schalteinheit
- S71
- Kopplungselement
- S72
- Kopplungselement
- V1
- Vorwärtsgetriebegang
- V2
- Vorwärtsgetriebegang
- V3
- Vorwärtsgetriebegang
- V4
- Vorwärtsgetriebegang
- V5
- Vorwärtsgetriebegang
- V6
- Vorwärtsgetriebegang
- V7
- Vorwärtsgetriebegang
- V8
- Vorwärtsgetriebegang
- V9
- Vorwärtsgetriebegang
- V10
- Vorwärtsgetriebegang
- V11
- Vorwärtsgetriebegang
- R1
- Rückwärtsgetriebegang
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008055626 A1 [0002]
