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Die Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es ist bereits ein Mehrstufengetriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit vier wirkungsmäßig miteinander verbundenen Planetenradstufen, die jeweils ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Planetenradträger aufweisen, mit mehreren, insbesondere sieben, Schalteinheiten, mit einem Getriebeeingangselement und mit einem Getriebeausgangselement, wobei das Getriebeeingangselement drehfest mit dem Planetenradträger der dritten Planetenradstufe koppelbar ist, wobei der Planetenradträger der ersten Planetenradstufe permanent drehfest mit dem Hohlrad der zweiten Planetenradstufe verbunden ist, wobei der Planetenradträger der vierten Planetenradstufe permanent drehfest mit dem Getriebeausgangselement verbunden ist und eine siebte Schalteinheit der Schalteinheiten dazu vorgesehen ist, das Hohlrad der ersten Planetenradstufe gehäusefest anzuordnen, bekannt.
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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, insbesondere höchstens sieben, Schalteinheiten, mit einem Getriebeeingangselement und mit einem Getriebeausgangselement, wobei das Getriebeeingangselement drehfest mit dem Planetenradträger der dritten Planetenradstufe koppelbar ist, wobei der Planetenradträger der ersten Planetenradstufe permanent drehfest mit dem Hohlrad der zweiten Planetenradstufe verbunden ist, wobei der Planetenradträger der vierten Planetenradstufe permanent drehfest mit dem Getriebeausgangselement verbunden ist und eine siebte Schalteinheit der Schalteinheiten dazu vorgesehen ist, das Hohlrad der ersten Planetenradstufe gehäusefest anzuordnen.
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Es wird vorgeschlagen, dass das Sonnenrad der zweiten Planetenradstufe permanent drehfest mit dem Planetenradträger der dritten Planetenradstufe verbunden ist, wobei das Hohlrad der ersten Planetenradstufe permanent drehfest mit dem Hohlrad der vierten Planetenradstufe verbunden ist, wobei das Hohlrad der dritten Planetenradstufe permanent drehfest mit dem Sonnenrad der vierten Planetenradstufe verbunden ist, wobei eine erste Schalteinheit der Schalteinheiten dazu vorgesehen ist, das Sonnenrad der ersten Planetenradstufe mit dem Sonnenrad der dritten Planetenradstufe drehfest zu verbinden, wobei eine dritte Schalteinheit der Schalteinheiten dazu vorgesehen ist, das Hohlrad der ersten Planetenradstufe mit dem Planetenradträger der zweiten Planetenradstufe drehfest zu verbinden, wobei eine vierte Schalteinheit der Schalteinheiten dazu vorgesehen ist, den Planetenradträger der zweiten Planetenradstufe mit dem Hohlrad der dritten Planetenradstufe drehfest zu verbinden, und eine fünfte Schalteinheit der Schalteinheiten dazu vorgesehen ist, das Sonnenrad der dritten Planetenradstufe gehäusefest anzuordnen. 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 insbesondere zumindest fünf, vorteilhaft höchstens sieben Schalteinheiten auf. Insbesondere sind zumindest drei, vorteilhaft zumindest vier und besonders vorteilhaft genau vier, der Schalteinheiten als Kupplungen ausgebildet. Des Weiteren sind vorzugsweise zumindest zwei, vorteilhaft zumindest drei und besonders bevorzugt genau drei, 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, vorteilhaft eine hohe Anzahl unabhängiger Vorwärtsgänge, und/oder eine vorteilhafte Gangstufung realisieren. Es können insbesondere verschiedene Gang- und Spreizungskonzepte umgesetzt werden und/oder eine optionale Spreizungs- und/oder Gangvariation erreicht werden. Vorteilhaft kann ein Gangwahlbaukasten bereitgestellt werden. Vorteilhaft kann eine hohe Schaltflexibilität, insbesondere durch eine hohe Anzahl an weiteren redundanten und/oder zusätzlichen Gängen, realisiert werden, wobei besonders vorteilhaft wichtige Schaltungen lastschaltbar ausführbar sind. Ferner kann besonders vorteilhaft ein Entfall von Schalteinheiten durch die hohe Gangzahl und/oder die hohe Anzahl an weiteren Gängen kompensiert werden. Des Weiteren kann vorteilhaft ein hoher Verzahnungswirkungsgrad, insbesondere durch einen Einbau von Einfachplanetenradsätzen, erreicht werden. Es kann ein hoher Wirkungsgrad einzelner Gänge in zyklusrelevanten Betriebspunkten erreicht werden. Zudem können vorteilhaft geringe Getriebeverluste, insbesondere eine geringe Verlustleistung, erreicht werden, insbesondere da zumindest eine Schalteinheit als Klauenkupplung mit oder ohne Synchronisierungseinheit ausführbar ist. Besonders vorteilhaft können geringe Schleppverluste und/oder geringe Relativdrehzahlen zwischen beweglichen Getriebebauteilen realisiert werden. Es kann ferner vorteilhaft eine Hybrid- und/oder Allradfunktionalität bereitgestellt werden. Besonders vorteilhaft kann eine elektrische Maschine einfach und vorteilhaft integriert werden. Besonders vorteilhaft können durch Integration einer elektrischen Maschine stufenlose Übersetzungsbereiche eingestellt werden. Vorteilhaft kann eine geringe Bauteilebelastung und somit eine leichte und/oder verlustarme Bauweise ermöglicht werden. Vorteilhaft werden keine Schalteinheiten zur Verblockung eines Planetenradsatzes verwendet.
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Insbesondere ist das Mehrstufengetriebe zumindest konstruktiv zur Schaltung von zumindest elf Vorwärtsgetriebegängen vorgesehen. Vorzugsweise 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. Bevorzugt existieren neun weitere redundante Gänge, insbesondere Direktgänge. Ferner existieren bevorzugt sieben weitere zusätzliche Gänge, insbesondere Zwischengänge. Somit existieren bevorzugt achtzehn unabhängige Vorwärtsgänge. Vorteilhaft ist das Mehrstufengetriebe zumindest konstruktiv zur Schaltung von zumindest einem Rückwärtsgetriebegang vorgesehen. Besonders vorteilhaft ist das Mehrstufengetriebe zumindest konstruktiv zur Schaltung von genau einem Rückwärtsgetriebegang vorgesehen. Bevorzugt existiert ein weiterer zusätzlicher Rückwärtsgang. Vorzugsweise weist das Mehrstufengetriebe eine Spreizung von zumindest zwölf auf und/oder ist zumindest konstruktiv zur Einstellung einer Spreizung von zumindest zwölf geeignet. Es kann eine vorteilhaft hohe Spreizung und/oder eine vorteilhafte, insbesondere vorteilhaft gleichmäßige, Gangstufung realisiert 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.
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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 ein Element verstanden werden, das zur permanenten drehfesten Verbindung zwischen den Sonnenrädern, Planetenradträgern, Hohlrädern und/oder Kopplungselementen vorgesehen ist. Vorteilhaft bewegt sich das Getriebeelement in zumindest einem Betriebszustand. 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 eine sechste Schalteinheit der Schalteinheiten dazu vorgesehen ist, den Planetenradträger der ersten Planetenradstufe gehäusefest anzuordnen. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass eine zweite Schalteinheit der Schalteinheiten dazu vorgesehen ist, das Sonnenrad der ersten Planetenradstufe mit dem Sonnenrad der zweiten Planetenradstufe drehfest zu verbinden. Dadurch kann insbesondere eine vorteilhafte Schaltbarkeit des Mehrstufengetriebes bereitgestellt werden.
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Zudem wird vorgeschlagen, dass die dritte Planetenradstufe und die vierte Planetenradstufe gestapelt angeordnet sind, wobei das Hohlrad der dritten Planetenradstufe fest mit dem Sonnenrad der vierten Planetenradstufe verbunden ist. Insbesondere ist die vierte Planetenradstufe über der dritten Planetenradstufe gestapelt angeordnet. Bei einer gestapelten Anordnung sind bevorzugt zumindest zwei Planetenradstufen und besonders bevorzugt genau zwei Planetenradstufen zumindest teilweise radial ineinander geschachtelt. Dabei ist das Hohlrad einer Planetenradstufe als Sonnenrad der anderen Planetenradstufe ausgebildet. Durch eine gestapelte Anordnung kann insbesondere eine vorteilhafte Querstruktur des Mehrstufengetriebes erreicht werden. Durch eine Querstruktur des Mehrstufengetriebes kann vorteilhaft eine kompakte Bauweise des Mehrstufengetriebes erreicht werden.
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Ferner wir vorgeschlagen, dass das Mehrstufengetriebe zumindest eine elektrische Maschine aufweist, die zumindest einen Rotor aufweist, welcher permanent drehfest mit zumindest einem Sonnenrad, einem Planetenradträger oder einem Hohlrad zumindest einer der Planetenradstufen verbunden ist. Grundsätzlich kann eine elektrische Maschine auch an zumindest ein, insbesondere getriebeinternes, Getriebeelement gekoppelt werden.
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Vorteilhaft kann auf zumindest ein und besonders vorteilhaft auf zumindest zwei Schalteinheiten verzichtet werden, wobei bevorzugt eine Gangreduktion durch virtuelle Gänge einer elektrischen Maschine kompensierbar 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. Durch geschicktere Anordnung der Planetenradsätze und der Schalteinheiten ergibt sich eine vorteilhafte Integrationsmöglichkeit für eine elektrische Maschine. Hierdurch können EVT-Bereiche bzw. E-Gänge vorteilhaft dargestellt werden. Die Belastungen der elektrischen Maschine können durch eine vorteilhafte Übersetzungsbildung des Mehrstufengetriebes reduziert werden. Dies führt zu kleineren, gewichtsreduzierten und drehmomentreduzierten elektrischen Maschinen, was sich vorteilhaft auf die zusätzlichen Kosten im Vergleich zu einem „normalen“ Automatikgetriebe auswirkt. Des Weiteren wirken sich die gewichtsreduzierten und drehmassenreduzierten elektrischen Maschinen auch positiv auf den Verbrauch aus.
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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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Das Mehrstufengetriebe soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann das Mehrstufengetriebe zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren sind drei 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,
- 2 ein Getriebeschema des erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes,
- 3 ein Schaltschema des Mehrstufengetriebes,
- 4 eine Lastschaltbarkeit des Mehrstufengetriebes,
- 5 ein Getriebeschema eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes und
- 6 ein Getriebeschema eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes.
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Die 1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 12a. Das Kraftfahrzeug 12a umfasst einen Antriebsstrang, über welchen nicht weiter sichtbar Antriebsräder 18a des Kraftfahrzeugs 12a angetrieben werden. Der Antriebsstrang umfasst eine Antriebseinheit 20a. Die Antriebseinheit 20a ist von einer Brennkraftmaschine gebildet. Die Antriebseinheit 20a ist von einem Verbrennungsmotor gebildet. Grundsätzlich könnte die Antriebseinheit 20a auch als eine elektrische Maschine ausgebildet sein. Ferner weist das Kraftfahrzeug 12a ein Mehrstufengetriebe 10a auf. Die Antriebseinheit 20a weist eine angetriebene Kurbelwelle auf, welche mit einem Getriebeeingangselement 14a des Mehrstufengetriebes 10a verbunden ist. Das Mehrstufengetriebe 10a ist von einem Kraftfahrzeuggetriebe gebildet. Das Mehrstufengetriebe 10a ist für das Kraftfahrzeug 12a vorgesehen. Das Mehrstufengetriebe 10a bildet einen Teil des Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs 12a. Das Mehrstufengetriebe 10a ist entlang des Antriebsstrangs, insbesondere entlang eines Kraftflusses des Antriebsstrangs, hinter der Antriebseinheit 20a angeordnet. Das Mehrstufengetriebe 10a wird in zumindest einem Betriebszustand über die Antriebseinheit 20a angetrieben. Das Mehrstufengetriebe 10a umfasst ein Getriebegehäuse 22a.
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Die 2 zeigt ein Getriebeschema des Mehrstufengetriebes 10a. Das Mehrstufengetriebe 10a ist als ein Kraftfahrzeuggetriebe ausgestaltet. Das Mehrstufengetriebe 10a weist genau vier wirkungsmäßig miteinander verbundene Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a auf. Das Mehrstufengetriebe 10a 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 auf. Die vier Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a weisen jeweils ein Hohlrad P13a, P23a, P33a, P43a auf. Die vier Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a weisen jeweils einen Planetenradträger P12a, P22a, P32a, P42a auf.
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Das Mehrstufengetriebe 10a umfasst mehrere Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a, S7a. Das Mehrstufengetriebe 10a weist genau sieben Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a, S7a auf, insbesondere eine erste Schalteinheit S1a, eine zweite Schalteinheit S2a, eine dritte Schalteinheit S3a, eine vierte Schalteinheit S4a, eine fünfte Schalteinheit S5a, eine sechste Schalteinheit S6a und eine siebte Schalteinheit S7a. Die Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a, S7a sind zur Schaltung und/oder Verschaltung der Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a vorgesehen.
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Das Mehrstufengetriebe 10a weist ferner ein Getriebegehäuse 22a auf. Das Getriebegehäuse 22a nimmt die Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a und die Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a, S7a auf.
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Die Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a, S7a sind wirkungsmäßig innerhalb eines durch die Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a ausgebildeten Zahnradsatzes angeordnet. Die Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a, S7a sind somit dazu vorgesehen, unterschiedliche Wirkverbindungen zwischen den Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a untereinander und/oder dem Getriebegehäuse 22a herzustellen.
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Das Mehrstufengetriebe 10a ist konstruktiv dazu vorgesehen, zumindest elf unterschiedlich übersetzte Vorwärtsgetriebegänge V1a, V2a, V3a, V4a, V5a, V6a, V7a, V8a, V9a, V10a, V11a zu schalten. Im vorliegenden Fall ist das Mehrstufengetriebe 10a konstruktiv dazu vorgesehen, genau elf unterschiedlich übersetzte Vorwärtsgetriebegänge V1a, V2a, V3a, V4a, V5a, V6a, V7a, V8a, V9a, V10a, V11a zu schalten. Ferner existieren weitere redundante und zusätzliche Gänge. Im vorliegenden Fall existieren neun weitere redundante Gänge. Die neun weiteren redundanten Gänge sind als Direktgänge ausgebildet.
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Die neun weiteren redundanten Gänge sind als weitere neun Vorwärtsgetriebegänge ausgebildet. Die neun weiteren redundanten Gänge sind redundant zu dem vierten Vorwärtsgetriebegang V4a der Vorwärtsgetriebegänge V1a, V2a, V3a, V4a, V5a, V6a, V7a, V8a, V9a, V10a, V11a und dem siebten Vorwärtsgetriebegang V7a der Vorwärtsgetriebegänge V1a, V2a, V3a, V4a, V5a, V6a, V7a, V8a, V9a, V10a, V11a ausgebildet. Sechs weitere redundante Gänge der neun redundanten Gänge sind redundant zu dem vierten Vorwärtsgetriebegang V4a der Vorwärtsgetriebegänge V1a, V2a, V3a, V4a, V5a, V6a, V7a, V8a, V9a, V10a, V11a ausgebildet. Drei weitere redundante Gänge der neun redundanten Gänge sind redundant zu dem siebten Vorwärtsgetriebegang V7a der Vorwärtsgetriebegänge V1a, V2a, V3a, V4a, V5a, V6a, V7a, V8a, V9a, V10a, V11a ausgebildet. Ferner existieren im vorliegenden Fall sieben weitere zusätzliche Gänge. Die sieben weiteren zusätzlichen Gänge sind als sechs weitere Vorwärtsgetriebegänge und als ein weiterer Rückwärtsgetriebegang ausgebildet.
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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 10a ist dazu vorgesehen, die Antriebseinheit 20a mit zumindest einem nicht näher dargestellten Achsantrieb für einen Antrieb von Antriebsrädern 18a des Kraftfahrzeugs 12a zu verbinden. Mittels des Mehrstufengetriebes 10a kann ein Übersetzungsverhältnis zwischen der Antriebseinheit 20a und dem Achsantrieb eingestellt und/oder verändert werden.
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Das Mehrstufengetriebe 10a weist ein Getriebeeingangselement 14a auf. Das Getriebeeingangselement 14a ist an einer Getriebeeingangsseite des Mehrstufengetriebes 10a angeordnet. Das Getriebeeingangselement 14a ist als Getriebeeingangswelle ausgebildet. Das Getriebeeingangselement 14a ist dazu vorgesehen, ein von der Antriebseinheit 20a abgegebenes Antriebsmoment in das Mehrstufengetriebe 10a einzuleiten. Das Getriebeeingangselement 14a tritt an der Getriebeeingangsseite in das Mehrstufengetriebe 10a ein. Das Getriebeeingangselement 14a ist dazu vorgesehen, in montiertem Zustand drehfest mit einer Kurbelwelle der Antriebseinheit 20a verbunden zu werden. Grundsätzlich können zwischen dem Getriebeeingangselement 14a und der Antriebseinheit 20a weitere Bauteile, wie beispielsweise ein Schwingungsdämpfer, eine Anfahrkupplung, eine Trennkupplung oder ein Drehmomentwandler, angeordnet sein.
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Weiter weist das Mehrstufengetriebe 10a ein Getriebeausgangselement 16a auf. Das Getriebeausgangselement 16a ist getriebeausgangsseitig angeordnet. Das Getriebeausgangselement 16a ist als Getriebeausgangswelle ausgebildet. Das Getriebeausgangselement 16a ist dazu vorgesehen, ein Antriebsmoment aus dem Mehrstufengetriebe 10a auszuleiten. Das Getriebeausgangselement 16a ist dazu vorgesehen, in montiertem Zustand permanent drehfest mit dem Achsantrieb des Kraftfahrzeugs 12a verbunden zu werden. Dem Getriebeausgangselement 16a können unterschiedliche Module nachgeschaltet werden, mittels derer das aus dem Mehrstufengetriebe 10a ausgeleitete Moment auf die Antriebsräder 18a verteilt werden kann, wie beispielsweise ein Differentialgetriebe, das für einen Drehzahlausgleich zwischen den Antriebsrädern 18a vorgesehen ist, oder ein Allradantriebsmodul, das das Antriebsmoment auf zwei verschiedene Antriebsachsen verteilt.
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Das Getriebeeingangselement 14a und das Getriebeausgangselement 16a sind koaxial zu der Hauptrotationsachse angeordnet. Das Getriebeeingangselement 14a definiert im vorliegenden Fall eine der Antriebseinheit 20a zugewandte Seite, insbesondere die Getriebeeingangsseite. Das Getriebeausgangselement 16a definiert im vorliegenden Fall eine der Antriebseinheit 20a abgewandte Seite, insbesondere eine Getriebeausgangsseite.
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Die Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a sind in axialer Richtung hintereinander angeordnet. Das Mehrstufengetriebe 10a 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 14a bezogen ist. Die erste Ebene weist einen kleineren Abstand zu der Antriebseinheit 20a auf, als die zweite Ebene, die dritte Ebene und/oder die vierte Ebene. Zudem weist die zweite Ebene einen kleineren Abstand zu der Antriebseinheit 20a auf als die dritte Ebene und/oder vierte Ebene. Zudem weist die dritte Ebene einen kleineren Abstand zu der Antriebseinheit 20a auf als die vierte Ebene. Zur Umgestaltung des Mehrstufengetriebes 10 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. Die erste Planetenradstufe P1a ist von der Getriebeeingangsseite her betrachtet vor der zweiten Planetenradstufe P2a, der dritten Planetenradstufe P3a und der vierten Planetenradstufe P4a angeordnet.
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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 von der Getriebeeingangsseite 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. Die zweite Planetenradstufe P2a ist von der Getriebeeingangsseite her betrachtet hinter der ersten Planetenradstufe P1a und vor der dritten Planetenradstufe P3a und der vierten Planetenradstufe P4a angeordnet.
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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 von der Getriebeeingangsseite 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. Die dritte Planetenradstufe P3a ist von der Getriebeeingangsseite betrachtet hinter der ersten Planetenradstufe P1a und der zweiten Planetenradstufe P2a und vor der vierten Planetenradstufe P4a angeordnet.
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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 von der Getriebeeingangsseite 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. Die vierte Planetenradstufe P4a ist von der Getriebeeingangsseite her betrachtet hinter der ersten Planetenradstufen P1a, der zweiten Planetenradstufe P2a und der dritten Planetenradstufe P3a angeordnet.
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Grundsätzlich wäre jedoch auch eine alternative Anordnung der Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a denkbar. Beispielsweise wäre denkbar, dass die erste Planetenradstufe P1a und die dritte Planetenradstufe P3a in der ersten Ebene angeordnet sind, wobei die zweite Planetenradstufe P2a in der zweiten Ebene angeordnet ist und wobei die vierte Planetenradstufe P4a in der dritten Ebene angeordnet ist. Alternativ wäre auch denkbar, zumindest zwei der Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a in ihrer Anordnung zu vertauschen und/oder anderweitig umzuordnen. Beispielsweise könnte die erste Planetenradstufe P1a in der ersten Ebene, die zweite Planetenradstufe P2a in der zweiten Ebene, die vierte Planetenradstufe P4a in der dritten Ebene und die dritte Planetenradstufe P3a in der vierten Ebene angeordnet sein.
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Vier Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a, S7a sind als Kupplungen ausgebildet. Im vorliegenden Fall sind die erste Schalteinheit S1a, die zweite Schalteinheit S2a, die dritte Schalteinheit S3a und die vierte Schalteinheit S4a als Kupplungen ausgebildet. Die als Kupplungen ausgebildeten Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a weisen jeweils ein erstes drehbar gelagertes Kopplungselement S11a, S21a, S31a, S41a und ein zweites drehbar gelagertes Kopplungselement S12a, S22a, S32a, S42a auf. Die als Kupplungen ausgebildeten Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a sind jeweils dazu vorgesehen, ihre beiden Kopplungselemente S11a, S21a, S31a, S41a, S12a, S22a, S32a, S42a drehfest miteinander zu verbinden. Die als Kupplungen ausgebildeten Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a weisen jeweils einen geöffneten Zustand auf, in welchem ihre beiden Kopplungselemente S11a, S21a, S31a, S41a, S12a, S22a, S32a, S42a relativ zueinander drehbar gelagert sind, und einen geschlossenen Zustand, in welchem ihre beiden Kopplungselemente S11a, S21a, S31a, S41a, S12a, S22a, S32a, S42a drehfest miteinander verbunden sind. Jedes der Kopplungselemente S11a, S21a, S31a, S41a, S12a, S22a, S32a, S42a der als Kupplungen ausgebildeten Schalteinheiten S1a, 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 S5a, S6a, S7a der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a, S7a sind als Bremsen ausgebildet. Im vorliegenden Fall sind die fünfte Schalteinheit S5a, die sechste Schalteinheit S6a und die siebte Schalteinheit S7a als Bremsen ausgebildet. Die als Bremsen ausgebildeten Schalteinheiten S5a, S6a, S7a weisen jeweils ein drehbar gelagertes Kopplungselement S51a, S61a, S71a und ein gehäusefest angeordnetes Kopplungselement S52a, S62a, S72a auf. Die als Bremsen ausgebildeten Schalteinheiten S5a, S6a, S7a sind jeweils dazu vorgesehen, ihr drehbar gelagertes Kopplungselement S51a, S61a, S71a drehfest mit dem Getriebegehäuse 22a zu verbinden. Die als Bremsen ausgebildeten Schalteinheiten S5a, S6a, S7a weisen jeweils einen geöffneten Zustand auf, in welchem ihr drehbar gelagertes Kopplungselement S51a, S61a, S71a relativ zu dem Getriebegehäuse 22a drehbar gelagert ist, und einen geschlossenen Zustand, in welchem ihr drehbar gelagertes Kopplungselement S51a, S61a, S71a drehfest mit dem Getriebegehäuse 22a verbunden ist. Jedes der drehbar gelagerten Kopplungselemente S51a, S61a, S71a der als Bremsen ausgebildeten Schalteinheiten S5a, 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 S52a, S62a, S72a der als Bremsen ausgebildeten Schalteinheiten S5a, S6a, S7a sind permanent drehfest mit dem Getriebegehäuse 22a verbunden. Die sechste Schalteinheit S6a ist als Klauenschalteinheit umsetzbar. Die sechste Schalteinheit S6a ist als Klauenschalteinheit ausgebildet. Dadurch kann eine besonders geringe Verlustleistung erreicht werden. Grundsätzlich könnte die sechste Schalteinheit S6a jedoch auch als Lamellenschalteinheit ausgeführt sein. Die siebte Schalteinheit S7a ist als Klauenschalteinheit umsetzbar. Die siebte Schalteinheit S7a ist als Klauenschalteinheit ausgebildet. Dadurch kann eine besonders geringe Verlustleistung erreicht werden. Grundsätzlich könnte die fünfte Schalteinheit S7a jedoch auch als Lamellenschalteinheit ausgeführt sein.
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Zur Verbindung der Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a untereinander und mit den Kopplungselementen S11a, S21a, S31a, S41a, S51a, S61a, S71a, S12a, S22a, S32a, S42a, S52a, S62a, S72a umfasst das Mehrstufengetriebe 10a eine Mehrzahl von Getriebeelementen 24a, 26a, 28a, 30a, 32a, 34a, 36a, 38a, insbesondere ein erstes Getriebeelement 24a, ein zweites Getriebeelement 26a, ein drittes Getriebeelement 28a, ein viertes Getriebeelement 30a, ein fünftes Getriebeelement 32a, ein sechstes Getriebeelement 34a , ein siebtes Getriebeelement 36a und ein achtes Getriebeelement 38a. Die Getriebeelemente 24a, 26a, 28a, 30a, 32a, 34a, 36a, 38a 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 24a, 26a, 28a, 30a, 32a, 34a, 36a, 38a verbindet zumindest zwei der Sonnenräder P11a, P21a, P31a, P41a, Planetenradträger P12a, P22a, P32a, P42a, Hohlräder P13a, P23a, P33a, P43a und/oder Kopplungselemente S11a, S21a, S31a, S41a, S51a, S61a, S71a, S12a, S22a, S32a, S42a, S52a, 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 22a ab.
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Das Getriebeeingangselement 14a ist drehfest mit dem Planetenradträger P32a der dritten Planetenradstufe P3a koppelbar. 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 28a permanent drehfest mit dem Hohlrad P23a der zweiten Planetenradstufe P2a verbunden. Das erste Getriebeelement 28a ist mit dem Planetenradträger P12a der ersten Planetenradstufe P1a und mit dem Hohlrad P23a der zweiten Planetenradstufe P2a drehfest verbunden. Das Hohlrad P13a der ersten Planetenradstufe P1a ist permanent drehfest mit dem Hohlrad P43a der vierten Planetenradstufe P4a verbunden. Das Hohlrad P13a der ersten Planetenradstufe P1a ist über das zweite Getriebeelement 26a permanent drehfest mit dem Hohlrad P43a der vierten Planetenradstufe P4a verbunden. Das zweite Getriebeelement 26a ist mit dem Hohlrad P13a der ersten Planetenradstufe P1a und mit dem Hohlrad P43a der vierten Planetenradstufe P4a permanent drehfest verbunden. Das zweite Getriebeelement 26a umschließt in einer Radialrichtung betrachtet die zweite Planetenradstufe P2a und die dritte Planetenradstufe P3a. Das Sonnenrad P21a der zweiten Planetenradstufe P2a ist permanent drehfest mit dem Planetenradträger P32a der dritten Planetenradstufe P3a verbunden. Das Sonnenrad P21a der zweiten Planetenradstufe P2a ist über das dritte Getriebeelement 34a permanent drehfest mit dem Planetenradträger P32a der dritten Planetenradstufe P3a verbunden ist. Das dritte Getriebeelement 34a ist mit dem Sonnenrad P21a der zweiten Planetenradstufe P2a und dem Planetenradträger P32a der dritten Planetenradstufe P3a permanent drehfest verbunden. Das dritte Getriebeelement 34a bildet eine Zwischenwelle aus. Das dritte Getriebeelement 34a bildet insbesondere eine Hohlwelle aus. Das Hohlrad P33a der dritten Planetenradstufe P3a ist permanent drehfest mit dem Sonnenrad P41a der vierten Planetenradstufe P4a verbunden. Das Hohlrad P33a der dritten Planetenradstufe P3a ist über das vierte Getriebeelement 38a permanent drehfest mit dem Sonnenrad P41a der vierten Planetenradstufe P4a verbunden. Das vierte Getriebeelement 38a ist mit dem Hohlrad P33a der dritten Planetenradstufe P3a und dem Sonnenrad P41a der vierten Planetenradstufe P4a permanent drehfest verbunden. Des Weiteren ist der Planetenradträger P42a der vierten Planetenradstufe P4a permanent drehfest mit dem Getriebeausgangselement 16a verbunden.
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Die erste Schalteinheit S1a der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a, S7a ist dazu vorgesehen, das Sonnenrad P11a der ersten Planetenradstufe P1a mit dem Sonnenrad P31a der dritten Planetenradstufe P3a drehfest zu verbinden. Das Sonnenrad P31a der dritten Planetenradstufe P3a ist dazu über das fünfte Getriebeelement 36a permanent drehfest mit dem ersten drehbar gelagerten Kopplungselement S11a der ersten Schalteinheit S1a verbunden. Ferner ist das Sonnenrad P11a der ersten Planetenradstufe P1a dazu permanent drehfest mit dem zweiten drehbar gelagerten Kopplungselement S12a der ersten Schalteinheit S1a verbunden. Die zweite Schalteinheit S2a der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a, S7a ist dazu vorgesehen, das Sonnenrad P11a der ersten Planetenradstufe P1a mit dem Sonnenrad P21a der zweiten Planetenradstufe P2a drehfest zu verbinden. Das Sonnenrad P21a der zweiten Planetenradstufe P2a ist dazu über das sechste Getriebeelement 30a permanent drehfest mit dem ersten drehbar gelagerten Kopplungselement S21a der zweiten Schalteinheit S2a verbunden. Ferner ist das Sonnenrad P11a der ersten Planetenradstufe P1a dazu permanent drehfest mit dem zweiten drehbar gelagerten Kopplungselement S22a der zweiten Schalteinheit S2a verbunden. Das sechste Getriebeelement 30a bildet eine Zwischenwelle aus. Das sechste Getriebeelement 30a bildet insbesondere eine Hohlwelle aus. Die dritte Schalteinheit S3a der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a, S7a ist dazu vorgesehen, das Hohlrad P13a der ersten Planetenradstufe P1a mit dem Planetenradträger P22a der zweiten Planetenradstufe P2a drehfest zu verbinden. Der Planetenradträger P22a der zweiten Planetenradstufe P2a ist dazu über das siebte Getriebeelement 32a permanent drehfest mit dem ersten drehbar gelagerten Kopplungselement S31a der dritten Schalteinheit S3a verbunden. Ferner ist das Hohlrad P13a der ersten Planetenradstufe P1a dazu über das zweite Getriebeelement 26a permanent drehfest mit dem zweiten drehbar gelagerten Kopplungselement S32a der dritten Schalteinheit S3a verbunden. Das siebte Getriebeelement 32a bildet eine Zwischenwelle aus. Das siebte Getriebeelement 32a bildet insbesondere eine Hohlwelle aus. Die vierte Schalteinheit S4a der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a, S7a ist dazu vorgesehen, den Planetenradträger P22a der zweiten Planetenradstufe P2a mit dem Hohlrad P33a der dritten Planetenradstufe P3a drehfest zu verbinden. Der Planetenradträger P22a der zweiten Planetenradstufe P2a ist dazu über das siebte Getriebeelement 32a permanent drehfest mit dem ersten drehbar gelagerten Kopplungselement S41a der vierten Schalteinheit S4a verbunden. Ferner ist das Hohlrad P33a der dritten Planetenradstufe P3a dazu permanent drehfest mit dem zweiten drehbar gelagerten Kopplungselement S42a der vierten Schalteinheit S4a verbunden. Die fünfte Schalteinheit S5a der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a, S7a ist dazu vorgesehen, das Sonnenrad P31a der dritten Planetenradstufe P3a gehäusefest anzuordnen. Das Sonnenrad P31a der dritten Planetenradstufe P3a ist dazu permanent drehfest über das fünfte Getriebeelement 36a mit dem ersten drehbar gelagerten Kopplungselement S51a der fünften Schalteinheit S5a verbunden. Das Getriebegehäuse 22a ist dazu permanent drehfest mit dem zweiten Kopplungselement S52a der fünften Schalteinheit S5a verbunden. Das fünfte Getriebeelement 36a bildet eine Anbindung aus. Die sechste Schalteinheit S6a der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a, S7a ist dazu vorgesehen, den Planetenradträger P12a der ersten Planetenradstufe P1a gehäusefest anzuordnen. Der Planetenradträger P12a der ersten Planetenradstufe P1a ist dazu permanent drehfest über das achte Getriebeelement 24a mit dem ersten drehbar gelagerten Kopplungselement S61a der sechsten Schalteinheit S6a verbunden. Das Getriebegehäuse 22a ist dazu permanent drehfest mit dem zweiten Kopplungselement S62a der sechsten Schalteinheit S6a verbunden. Das achte Getriebeelement 24a bildet eine Anbindung aus. Die siebte Schalteinheit S7a der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a, S7a ist dazu vorgesehen, das Hohlrad P13a der ersten Planetenradstufe P1a gehäusefest anzuordnen. Das Hohlrad P13a der ersten Planetenradstufe P1a ist dazu permanent drehfest über das zweite Getriebeelement 26a mit dem ersten drehbar gelagerten Kopplungselement S71a der siebten Schalteinheit S7a verbunden. Das Getriebegehäuse 22a ist dazu permanent drehfest mit dem zweiten Kopplungselement S72a der siebten Schalteinheit S7a verbunden. Das zweite Getriebeelement 26a bildet eine Anbindung aus.
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Die erste Schalteinheit S1a ist axial zwischen der ersten Planetenradstufe P1a und der zweiten Planetenradstufe P2a angeordnet. Die erste Schalteinheit S1a ist innenliegend ausgeführt. Grundsätzlich wäre jedoch auch eine außenliegende Ausführung der ersten Schalteinheit S1a denkbar. Die zweite Schalteinheit S2a ist axial zwischen der ersten Planetenradstufe P1a und der zweiten Planetenradstufe P2a 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 außenliegend 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 fünfte Schalteinheit S5a ist axial zwischen der Antriebseinheit 20a und der ersten Planetenradstufe P1a angeordnet. Die fünfte Schalteinheit S5a ist außenliegend ausgeführt. Die sechste Schalteinheit S6a ist axial zwischen der Antriebseinheit 20a und der ersten Planetenradstufe P1a angeordnet. Die sechste Schalteinheit S6a ist axial insbesondere zwischen der fünften Schalteinheit S5a und der ersten Planetenradstufe P1a angeordnet. Die sechste Schalteinheit S6a ist außenliegend ausgeführt. Die siebte Schalteinheit S7a ist axial in einer Ebene 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 S6a, S7a formschlüssig ausgebildet. Dabei können die Schalteinheiten S6a, S7a beispielsweise als Klauenschalteinheiten ausgebildet sein.
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Grundsätzlich ist auch die Integration einer elektrischen Maschine in das Mehrstufengetriebe 10a denkbar. Beispielsweise kann die Schalteinheit S6a vorteilhaft durch eine elektrische Maschine ersetzt werden. Der Rotor der elektrischen Maschine ist dabei über das Getriebeelement 24a mit dem Planetenradträger P12a der ersten Planetenradstufe P1a permanent drehfest verbunden. Grundsätzlich ist aber auch denkbar, dass eine elektrische Maschine zumindest eine der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S7a, insbesondere die Schalteinheit S1a, ersetzt. Vorteilhaft kann auf zumindest ein und besonders vorteilhaft auf zumindest zwei Schalteinheiten verzichtet werden. Dadurch kann vorteilhaft eine Einsparung an Bauteilen erreicht werden.
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Das in 3 dargestellte Schaltschema zeigt, wie durch Schließen der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a, S7a die Vorwärtsgetriebegänge V1a, V2a, V3a, V4a, V5a, V6a, V7a, V8a, V9a, V10a, V11a und der Rückwärtsgetriebegang Ra geschaltet werden. Die Vorwärtsgetriebegänge V1a, V2a, V3a, V4a, V5a, V6a, V7a, V8a, V9a, V10a, V11a und der Rückwärtsgetriebegang Ra werden jeweils durch Schließen von drei der insgesamt sieben Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a, S7a geschaltet. Die in 4 dargestellte Lastschaltbarkeit ergibt sich unmittelbar aus dem in 3 dargestellten Schaltschema. Eine Lastschaltung zwischen zwei der Vorwärtsgetriebegänge V1a, V2a, V3a, V4a, V5a, V6a, V7a, V8a, V9a, V10a, V11a ist dabei insbesondere immer dann möglich, wenn in einem Schaltvorgang höchstens eine der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a, S7a geschlossen wird und/oder höchstens eine der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a, S7a geöffnet wird, d.h. wenn ein Leistungsfluss von einer der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a, S7a an eine andere der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a, S7a übergeben wird oder wenn ein Schaltzustand von lediglich einer der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a, S7a verändert wird. Im vorliegenden Fall ist beispielsweise eine Lastschaltbarkeit zwischen einem ersten Vorwärtsgetriebegang V1a der Vorwärtsgetriebegänge V1a, V2a, V3a, V4a, V5a, V6a, V7a, V8a, V9a, V10a, V11a und einem zweiten Vorwärtsgetriebegang V2a der Vorwärtsgetriebegänge V1a, V2a, V3a, V4a, V5a, V6a, V7a, V8a, V9a, V10a, V11a möglich.
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In den 5 und 6 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 des ersten Ausführungsbeispiels, insbesondere der 1 bis 4, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 4 nachgestellt. In den Ausführungsbeispielen der 5 und 6 ist der Buchstabe a durch die Buchstaben b und c ersetzt.
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5 zeigt als zweites Ausführungsbeispiel ein Getriebeschema eines Mehrstufengetriebes 10b für ein Kraftfahrzeug. Das Mehrstufengetriebe 10b ist zumindest konstruktiv zur Schaltung von zumindest elf Vorwärtsgetriebegängen und zumindest einem Rückwärtsgetriebegang vorgesehen.
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Das Mehrstufengetriebe 10b umfasst ein Getriebeeingangselement 14b zur drehfesten Anbindung einer Antriebseinheit und ein Getriebeausgangselement 16b zur drehfesten Anbindung eines Achsantriebs. Zudem umfasst das Mehrstufengetriebe 10b 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 10b sieben Schalteinheiten S1b, S2b, S3b, S4b, S5b, S6b, S7b, die jeweils zwei Kopplungselemente S11b, S21b, S31b, S41b, S51b, S61b, S71b, S12b, S22b, S32b, S42b, S52b, S62b, S72b aufweisen. Zur Übertragung von Leistungsflüssen zwischen den Planetenradstufen P1b, P2b, P3b, P4b und/oder zur Abstützung gegen ein Getriebegehäuse 22b umfasst das Mehrstufengetriebe 10b eine Mehrzahl von Getriebeelementen 24b, 26b, 28b, 30b, 32b, 34b, 36b.
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Das Getriebeschema des zweiten Ausführungsbeispiels in 5 entspricht strukturell dem Getriebeschema des Ausführungsbeispiels in 2. Das Getriebeschema des zweiten Ausführungsbeispiels in 5 unterscheidet sich von dem Getriebeschema des Ausführungsbeispiels in 2 darin, dass die dritte Planetenradstufe P3b radial in der vierten Planetenradstufe P4b geschachtelt ist. Das Hohlrad P33b der dritten Planetenradstufe P3b ist als Sonnenrad P41b der vierten Planetenradstufe P4b ausgebildet. Vorteilhaft kann auf ein Getriebeelement verzichtet werden, welches das Hohlrad P33b der dritten Planetenradstufe P3b und das Sonnenrad P41b der vierten Planetenradstufe P4b permanent drehfest verbindet. Durch eine gestapelte Anordnung kann insbesondere eine vorteilhafte Querstruktur des Mehrstufengetriebes 10b erreicht werden. Durch eine Querstruktur des Mehrstufengetriebes 10b kann vorteilhaft eine kompakte Bauweise des Mehrstufengetriebes 10b erreicht werden.
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6 zeigt als drittes Ausführungsbeispiel ein Getriebeschema eines Mehrstufengetriebes 10c für ein Kraftfahrzeug. Das Mehrstufengetriebe 10c ist zumindest konstruktiv zur Schaltung von zumindest elf Vorwärtsgetriebegängen und zumindest einem Rückwärtsgetriebegang vorgesehen.
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Das Mehrstufengetriebe 10c umfasst ein Getriebeeingangselement 14c zur drehfesten Anbindung einer Antriebseinheit und ein Getriebeausgangselement 16c zur drehfesten Anbindung eines Achsantriebs. Zudem umfasst das Mehrstufengetriebe 10c 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 10c sieben Schalteinheiten S1c, S2c, S3c, S4c, S5c, S6c, S7c, die jeweils zwei Kopplungselemente S11c, S21c, S31c, S41c, S51c, S61c, S71c, S12c, S22c, S32c, S42c, S52c, S62c, S72c aufweisen Zur Übertragung von Leistungsflüssen zwischen den Planetenradstufen P1c, P2c, P3c, P4c und/oder zur Abstützung gegen ein Getriebegehäuse 22c umfasst das Mehrstufengetriebe 10c eine Mehrzahl von Getriebeelementen 24c, 26c, 28c, 30c, 32c, 34c, 36c.
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Das Getriebeschema des dritten Ausführungsbeispiels in 6 entspricht strukturell dem Getriebeschema des Ausführungsbeispiels in 5. Das Getriebeschema des dritten Ausführungsbeispiels in 6 unterscheidet sich von dem Getriebeschema des Ausführungsbeispiels in 5 darin, dass die Schalteinheiten S1c, S2c gestapelt angeordnet sind. Die erste Schalteinheit S1c ist außenliegend ausgeführt. Die zweite Schalteinheit S2c ist außenliegend ausgeführt. Bei diesem Ausführungsbeispiel können die Schalteinheiten S1c, S2c gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel in 5 vorteilhaft so angeordnet werden, dass die Schalteinheiten S1c, S2c außenliegend ausgeführt sind. Besonders vorteilhaft sind außenliegende Schalteinheiten für eine Ansteuerung und/oder Wartung gut zugänglich. Zudem besteht bei außenliegenden Schalteinheiten S1c, S2c ein konstruktiver Freiraum zwischen den Planetenradstufen P1c, P2c. Dadurch kann das Mehrstufengetriebe 10c vorteilhaft axial kurz gebaut werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Mehrstufengetriebe
- 12
- Kraftfahrzeug
- 14
- Getriebeeingangselement
- 16
- Getriebeausgangselement
- 18
- Antriebsrad
- 20
- Antriebseinheit
- 22
- Getriebegehäuse
- 24
- Getriebeelement
- 26
- Getriebeelement
- 28
- Getriebeelement
- 30
- Getriebeelement
- 32
- Getriebeelement
- 34
- Getriebeelement
- 36
- Getriebeelement
- 38
- Getriebeelement
- P1
- Planetenradstufe
- P11
- Sonnenrad
- P12
- Planetenradträger
- P13
- Hohlrad
- P14
- Planetenrad
- P2
- Planetenradstufe
- P21
- Sonnenrad
- P22
- Planetenradträger
- P23
- Hohlrad
- P24
- Planetenrad
- P3
- Planetenradstufe
- P31
- Sonnenrad
- P32
- Planetenradträger
- P33
- Hohlrad
- P34
- Planetenrad
- P4
- Planetenradstufe
- P41
- Sonnenrad
- P42
- Planetenradträger
- P43
- Hohlrad
- P44
- Planetenrad
- 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
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- V5
- Vorwärtsgetriebegang
- V6
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- V7
- Vorwärtsgetriebegang
- V8
- Vorwärtsgetriebegang
- V9
- Vorwärtsgetriebegang
- V10
- Vorwärtsgetriebegang
- V11
- Vorwärtsgetriebegang
- R
- Rückwärtsgetriebegang
