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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere ein Automatgetriebe
für ein
Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Automatgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge,
umfassen nach dem Stand der Technik Planetensätze, die mittels Reibungs-
bzw. Schaltelementen wie etwa Kupplungen und Bremsen geschaltet werden
und üblicherweise
mit einem einer Schlupfwirkung unterliegenden und wahlweise mit
einer Überbrückungskupplung
versehenen Anfahrelement wie etwa einem hydrodynamischen Drehmomentwandler
oder einer Strömungskupplung
verbunden sind.
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Ein derartiges Getriebe geht aus
der
EP 0 434 525 A1 hervor.
Es umfasst im wesentlichen eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle,
die parallel zueinander angeordnet sind, einen konzentrisch zur Abtriebswelle
angeordneten Doppelplanetenradsatz und fünf Schaltelemente in der Form
von drei Kupplungen und zwei Bremsen, deren wahlweise Sperrung jeweils
paarweise die verschiedenen Gangübersetzungen
zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle bestimmt. Hierbei
weist das Getriebe einen Vorschaltradsatz und zwei Leistungswege
auf, so dass durch das selektive paarweise Eingreifen der fünf Schaltelemente
sechs Vorwärtsgänge erzielt werden.
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Hierbei werden bei dem ersten Leistungsweg
zwei Kupplungen zur Übertragung
des Drehmomentes vom Vorschaltradsatz zu zwei Elementen des Doppelplanetenradsatzes
benö tigt.
Diese sind in Kraftflussrichtung im wesentlichen hinter dem Vorschaltradsatz
in Richtung Doppelplanetenradsatz angeordnet. Bei dem zweiten Leistungsweg
ist eine weitere Kupplung vorgesehen, die diesen mit einem weiteren
Element des Doppelplanetenradsatzes lösbar verbindet. Hierbei sind.
die Kupplungen derart angeordnet, dass der Innenlammelenträger den
Abtrieb bildet.
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Des weiteren ist aus der Druckschrift
US 6,139,463 ein kompaktes
Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere für ein Kraftfahrzeug bekannt,
welches zwei Planetenradsätze
und einen Vorschaltradsatz sowie drei Kupplungen und zwei Bremsen
aufweist. Bei diesem bekannten Mehrstufengetriebe sind bei einem
ersten Leistungsweg zwei Kupplungen C-1 und C-3 zum Übertragen
des Drehmoments vom Vorschaltradsatz zu den beiden Planetenradsätzen vorgesehen.
Hierbei ist der Außenlamellenträger bzw.
die Zylinder- bzw. Kolben- und Druckausgleichsseite der Kupplung
C-3 mit einer ersten Bremse B-1 verbunden. Zudem ist der Innenlamellenträger der
dritten Kupplung C-3 mit der Zylinder- bzw. Kolben- und Druckausgleichsseite
der ersten Kupplung C-1 verbunden, wobei der Innenlamellenträger der
ersten Kupplung C-1 abtriebsseitig angeordnet ist und mit einem
Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes verbunden ist.
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Des weiteren ist aus der
DE 199 49 507 A1 der
Anmelderin ein Mehrstufengetriebe bekannt, bei dem an der Antriebswelle
zwei nicht schaltbare Vorschaltradsätze vorgesehen sind, die ausgangsseitig zwei
Drehzahlen erzeugen, die neben der Drehzahl der Antriebswelle wahlweise
auf einen auf die Abtriebswelle wirkenden, schaltbaren Doppelplanetenradsatz
durch selektives Schließen
der verwendeten Schaltelemente derart schaltbar sind, dass zum Umschalten von
einem Gang in den jeweils nächst
folgenden höheren
oder niedrigeren Gang von den beiden gerade betätigten Schaltelementen jeweils
nur ein Schaltelement zu- oder abgeschaltet werden muss.
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Des weiteren ist aus der
DE 199 12 480 A1 ein
automatisch schaltbares Kraftfahrzeuggetriebe mit drei Einsteg-Planetensätzen sowie
drei Bremsen und zwei Kupplungen zum Schalten von sechs Vorwärtsgängen und
einem Rückwärtsgang
und mit einer Antriebs- sowie einer Antriebswelle bekannt. Das automatisch
schaltbare Kraftfahrzeuggetriebe ist derart ausgebildet, dass die
Antriebswelle direkt mit dem Sonnenrad des zweiten Planetensatzes
verbunden ist und dass die Antriebswelle über die erste Kupplung mit
dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes und/oder über die
zweite Kupplung mit dem Steg des ersten Planetensatzes verbindbar
ist. Zusätzlich
oder alternativ ist das Sonnenrad des ersten Planetensatzes über die
erste Bremse mit dem Gehäuse
des Getriebes und/oder der Steg des ersten Planetensatzes über die
zweite Bremse mit dem Gehäuse
und/oder dem Sonnenrad des dritten Planetensatzes über die dritte
Bremse mit dem Gehäuse
verbindbar.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, ein Mehrstufengetriebe der eingangs genannten
Art vorzuschlagen, bei dem der Bauaufwand optimiert wird und zudem
der Wirkungsgrad in den Hauptfahrgängen hinsichtlich der Schlepp-
und Verzahnungsverluste verbessert wird. Zudem sollen bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe
geringe Momente auf die Schaltelemente und Planetensätze wirken
sowie die Drehzahlen der Wellen, Schaltelemente und Planetensätze möglicht gering gehalten
werden. Des weiteren soll die Anzahl der Gänge sowie die Getriebespreizung
erhöht
werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere Vorteile und vorteilhafte
Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Demnach wird ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe
in Planetenbauweise vorgeschlagen, welches eine Antriebswelle und
eine Abtriebswelle aufweist, welche in einem Gehäuse angeordnet sind. Des weiteren
sind zumindest drei Einstegplanetensätze, mindestens sieben drehbare Wellen
sowie zumindest sechs Schaltelemente, umfassend Bremsen und Kupplungen,
vorgesehen, deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse
zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle bewirkt, sodass
vorzugsweise sieben Vorwärtsgänge und
ein Rückwärtsgang
realisierbar sind.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist bei dem Mehrstufenschaltgetriebe vorgesehen, dass der Antrieb
durch eine Welle erfolgt, welche ständig mit einem Element des
ersten Planetensatzes verbunden ist und dass der Abtrieb über eine
Welle erfolgt, welche mit dem Steg des zweiten Planetensatzes und
dem Hohlrad des dritten Planetensatzes verbunden ist. Des weiteren
ist bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe
vorgesehen, dass eine dritte Welle ständig mit einem weiteren Element
des ersten Planetensatzes verbunden ist, dass eine vierte Welle ständig mit
dem Steg des dritten Planetensatzes und einem weiteren Element des
dritten Planetensatzes verbunden ist, dass eine fünfte Welle
ständig
mit dem Hohlrad des ersten Planetensatzes und dem Hohl rad des zweiten
Planetensatzes verbunden ist, dass eine sechste Welle ständig mit
dem Sonnenrad des zweiten Planetensatzes verbunden ist und dass
eine weitere, siebte Welle ständig
mit dem Sonnenrad des dritten Planetensatzes verbunden ist, wobei
die Planetensätze
mit Wellen und Schaltelementen gekoppelt sind.
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Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Antriebswelle mit dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes
und die dritte Welle mit dessen Steg verbunden, wobei eine weitere
Ausführungsform
eine Vertauschung dieser Bindungen vorsieht, so dass die Antriebswelle
mit dem Steg des ersten Planetensatzes und die dritte Welle mit
dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes verbunden ist.
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Gemäß der Erfindung sind der zweite
und der dritte Planetensatz als Minus-Planetensätze ausgebildet; der erste
Planetensatz ist ein Plus-Planetensatz.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des
Mehrstufengetriebes ergeben sich geeignete Übersetzungen sowie eine erhebliche
Erhöhung
der Gesamtspreizung des Mehrstufengetriebes, wodurch eine Verbesserung
des Fahrkomforts und eine signifikante Verbrauchsabsenkung bewirkt
werden.
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Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe eignet
sich für
jedes Kraftfahrzeug, insbesondere für Personenkraftfahrzeuge und
für Nutzkraftfahrzeuge, wie
z. B. Lastkraftwagen, Busse, Baufahrzeuge, Schienenfahrzeuge, Gleiskettenfahrzeuge
und dergleichen.
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Darüber hinaus wird mit dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe
durch eine geringe Anzahl an Schaltelemen ten, vorzugsweise vier
Kupplungen und zwei Bremsen, der Bauaufwand erheblich reduziert.
In vorteilhafter Weise ist es mit dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe
möglich,
ein Anfahren mit einem hydrodynamischen Wandler, einer externen
Anfahrkupplung oder auch mit sonstigen geeigneten externen Anfahrelementen
durchzuführen.
Es ist auch denkbar, einen Anfahrvorgang mit einem im Getriebe integrierten
Anfahrelement zu ermöglichen.
Vorzugsweise eignet sich ein Schaltelement, welches im ersten Gang
und in den Rückwärtsgängen betätigt wird.
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Darüber hinaus ergibt sich bei
dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe
ein guter Wirkungsgrad in den Hauptfahrgängen bezüglich der Schlepp- und Verzahnungsverluste.
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Des weiteren liegen geringe Momente
in den Schaltelementen und in den Planetensätzen des Mehrstufengetriebes
vor, wodurch der Verschleiß bei dem
Mehrstufengetriebe in vorteilhafter Weise reduziert wird. Ferner
wird durch die geringen Momente eine entsprechend geringe Dimensionierung
ermöglicht,
wodurch der benötigte
Bauraum und die entsprechenden Kosten reduziert werden. Darüber hinaus
liegen auch geringe Drehzahlen bei den Wellen, den Schaltelementen
und den Planetensätzen
vor.
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Außerdem ist das erfindungsgemäße Getriebe
derart konzipiert, dass eine Anpassbarkeit an unterschiedliche Triebstrangausgestaltungen
sowohl in Kraftflussrichtung als auch in räumlicher Hinsicht ermöglicht wird.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand
der Zeichnungen beispielhaft näher
erläutert.
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In diesen stellen dar:
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1 eine
schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
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2 eine
schematische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes
und
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3 ein
Schaltschema für
das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe
gemäß 1 und 2.
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In 1 ist
das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe
mit einer Antriebswelle 1 (An) und einer Abtriebswelle 2 (Ab)
dargestellt, welche in einem Gehäuse
G angeordnet sind. Es sind drei Einsteg-Planetensätze P1,
P2, P3 vorgesehen. Hierbei sind der zweite Planetensatz P2 und der
dritte Planetensatz P3 als Minus-Planetensätze ausgebildet; der erste Planetensatz
P1 ist gemäß der Erfindung
als Plus-Planetensatz
ausgebildet.
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Wie aus den 1 und 2 ersichtlich,
sind lediglich sechs Schaltelemente, nämlich zwei Bremsen 03, 04 und
vier Kupplungen 14, 46, 57 und 67 vorgesehen.
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Mit den Schaltelementen ist ein selektives Schalten
von sieben Vorwärtsgängen und
einem Rückwärtsgang
realisierbar. Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe
weist gemäß insgesamt
sieben drehbare Wellen auf, nämlich
die Wellen 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7.
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Erfindungsgemäß ist bei dem Mehrstufengetriebe
gemäß 1 vorgesehen, dass der Antrieb durch
die Welle 1 erfolgt, welche ständig mit dem Sonnenrad des
ersten Planetensatzes P1 verbunden ist. Der Abtrieb erfolgt über die
Welle 2, welche mit dem Steg des zweiten Planetensatzes
P2 und dem Hohlrad des dritten Planetensatzes P3 verbunden ist. Des
weiteren ist die Welle 3 ständig mit dem Steg des ersten
Planetensatzes und die Welle 4 ist ständig mit dem Steg des dritten
Planetensatzes P3 verbunden. Darüber
hinaus ist die Welle 5 ständig mit dem Hohlrad des ersten
Planetensatzes P1 und dem Hohlrad des zweiten Planetensatzes P2
verbunden. Die weitere drehbare Welle 6 ist erfindungsgemäß ständig mit
dem Sonnenrad des zweiten Planetensatzes P2 und die Welle 7 mit
dem Sonnenrad des dritten Planetensatzes P3 verbunden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe
ist die Welle 3 durch die Bremse 03 und die Welle 4 durch
die Bremse 04 an das Gehäuse G ankoppelbar. Die Kupplung 14 verbindet
die Welle 1 und die Welle 3 lösbar miteinander; die Welle 4 und die
Welle 6 sind über
die Kupplung 46 lösbar
miteinander verbunden. Des weiteren verbindet die Kupplung 57 die
Wellen 5 und 7 und die Kupplung 67 die Wellen 6 und 7 lösbar miteinander.
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In 2 ist
eine weitere Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes
gezeigt. Der Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 1 besteht darin, dass die
Antriebswelle 1 mit dem Steg des ersten Planetensatzes
P1 verbunden ist und dass die Welle 3 mit dem Sonnenrad
des ersten Planetensatzes verbunden ist.
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In 3 ist
ein Schaltschema des erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes gemäß den 1 und 2 dargestellt. Dem Schaltschema können die
jeweiligen Übersetzungen
i der einzelnen Gangstufen und die daraus zu bestimmenden Stufensprünge φ beispielhaft
entnommen werden. Des weiteren kann dem Schaltschema entnommen werden, dass
bei sequentieller Schaltweise Doppelschaltungen vermieden werden,
da zwei benachbarte Gangstufen jeweils zwei Schaltelemente gemeinsam
benutzen.
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Für
die ersten fünf
Vorwärtsgänge ist
die Bremse 03 ständig
geschlossen. Zusätzlich
werden für
den ersten Gang die Bremse 04 und die Kupplung 67,
für den
zweiten Gang die Bremse 04 und die Kupplung 46,
für den
dritten Gang die Kupplung 46 und die Kupplung 57,
für den
vierten Gang die Kupplungen 14 und 46 und für den fünften Gang
die Kupplungen 14 und 67 aktiviert. Für den sechsten
Gang werden die Kupplungen 14, 57 und 67 geschlossen. Der
siebte Gang ergibt sich durch Schließen der Schaltelemente 03, 14 und 57.
Im Rückwärtsgang
R sind als Schaltelemente die Bremsen 03, 04 und
die Kupplung 57 aktiviert.
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Gemäß der Erfindung ist es möglich, an
jeder geeigneten Stelle des Mehrstufengetriebes zusätzliche
Freiläufe
vorzusehen, beispielsweise zwischen einer Welle und dem Gehäuse oder
um zwei Wellen gegebenenfalls zu verbinden.
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Zudem ist es durch die erfindungsgemäße Bauweise
möglich,
Antrieb und Abtrieb vorzugsweise für Quer-, Front-Längs-, Heck-Längs- oder
Allradanordnungen auf der gleichen Seite des Getriebes bzw, des
Gehäuses
anzuordnen. Auf der Antriebsseite oder auf der Abtriebsseite können zudem
ein Achsdifferential und/oder ein Verteilerdifferential angeordnet
werden.
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Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung kann
die Antriebswelle 1 durch ein Kupplungselement von einem
Antriebs-Motor nach Bedarf getrennt werden, wobei als Kupplungselement
ein hydrodynamischer Wandler, eine hydraulische Kupplung, eine trockene
Anfahrkupplung, eine nasse Anfahrkupplung, eine Magnetpulverkupplung
oder eine Fliehkraftkupplung einsetzbar sind. Es ist auch möglich, ein
derartiges Anfahrelement in Kraftflussrichtung hinter dem Getriebe
anzuordnen, wobei in diesem Fall die Antriebswelle 1 ständig mit
der Kurbelwelle des Motors verbunden ist. Das Anfahren kann gemäß der Erfindung
auch mittels eines Schaltelements des Getriebes erfolgen. Bevorzugt
kann als Anfahrelement die Bremse 04, die sowohl im ersten
Vorwärtsgang
als auch im ersten Rückwärtsgang
aktiviert ist, verwendet werden.
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Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe ermöglicht außerdem die
Anordnung eines Torsionsschwingungsdämpfers zwischen Motor und Getriebe.
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Im Rahmen einer weiteren, nicht dargestellten
Ausführungsform
der Erfindung kann auf jeder Welle, bevorzugt auf der Antriebswelle 1 oder
der Rbtriebswelle 2, eine verschleißfreie Bremse, wie z. B. ein
hydraulischer oder elektrischer Retarder oder dergleichen, angeordnet
sein, welches insbesondere für
den Einsatz in Nutzkraftfahrzeugen von besonderer Bedeutung ist.
Des weiteren kann zum Antrieb von zusätzlichen Aggregaten auf jeder
Welle, bevorzugt auf der Antriebswelle 1 oder der Abtriebswelle 2, ein
Nebenabtrieb vorgesehen sein.
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Die eingesetzten Schaltelemente können als lastschaltende
Kupplungen oder Bremsen ausgebildet sein. Insbesondere können kraftschlüssige Kupplungen
oder Bremsen, wie z. B. Lamellenkupplungen, Bandbremsen und/oder
Konuskupplungen, verwendet werden. Des weiteren können als
Schaltelemente auch formschlüssige
Bremsen und/oder Kupplungen, wie z. B. Synchronisierungen oder Klauenkupplungen
eingesetzt werden.
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Ein weiterer Vorteil des hier vorgestellten Mehrstufengetriebes
besteht darin, dass auf jeder Welle als Generator und/oder als zusätzliche
Antriebsmaschine eine elektrische Maschine anbringbar ist.
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Die funktionalen Merkmale der Ansprüche können konstruktiv
auf verschiedenartigste Weise ausgebildet sein. Der Einfachheit
halber sind diese konstruktiven Ausbildungsmöglichkeiten nicht explizit beschrieben.
Selbstverständlich
fällt jedoch
jede konstruktive Ausbildung der Erfindung, insbesondere jede räumliche
Anordnung der Planetensätze
und der Schaltelemente an sich sowie zueinander und soweit technisch
sinnvoll, unter den Schutzumfang der Ansprüche.
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- 1
- Welle
- 2
- Welle
- 3
- Welle
- 4
- Welle
- 5
- Welle
- 6
- Welle
- 7
- Welle
- 03
- Bremse
- 04
- Bremse
- 14
- Kupplung
- 46
- Kupplung
- 57
- Kupplung
- 67
- Kupplung
- P1
- Planetensatz
- P2
- Planetensatz
- P3
- Planetensatz
- An
- Antrieb
- Ab
- Abtrieb
- i
- Übersetzung
- φ
- Stufensprung
- G
- Gehäuse