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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrstufen-Automatgetriebe in Planetenbauweise nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Automatisch schaltbare Fahrzeuggetriebe in Planetenbauweise im Allgemeinen sind im Stand der Technik bereits vielfach beschrieben und unterliegen einer permanenten Weiterentwicklung und Verbesserung. So sollen diese Getriebe eine ausreichende Anzahl von Vorwärtsgängen sowie einen Rückwärtsgang und eine für Kraftfahrzeuge sehr gut geeignete Übersetzung mit einer hohen Gesamtspreizung, günstigen Stufensprüngen und eine für den Anwendungsfall hinreichend große Anfahrübersetzung aufweisen. Außerdem sollen diese Getriebe einen möglichst geringen Bauaufwand, insbesondere eine geringe Anzahl an Schaltelementen erfordern und bei sequentieller Schaltweise so genannte Gruppenschaltungen vermeiden, so dass bei Schaltungen in den nächstfolgend höheren oder nächstfolgend niedrigeren Gang jeweils nur ein zuvor geschlossenes Schaltelement geöffnet und ein zuvor geöffnetes Schaltelement geschlossen wird.
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Ein derartiges Mehrgang-Automatgetriebe geht beispielsweise aus der
DE 10 2005 002 337 A1 der Anmelderin hervor. Es umfasst im Wesentlichen inklusive einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle insgesamt acht drehbare Wellen, insgesamt vier Einzel-Planetenradsätze und fünf Schaltelemente. Durch selektives Sperren von jeweils drei der fünf als Kupplungen und Bremsen ausgeführten Schaltelemente sind insgesamt acht Vorwärtsgänge gruppenschaltungsfrei schaltbar.
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Aus der
DE 10 2009 047 271 A1 der Anmelderin sind alternative Getriebeschemata zu dem aus der
DE 10 2005 002 337 A1 bekannten 8-Gang-Automatgetriebe bekannt, jeweils umfassend vier einzelne Planetenradsätze, fünf Schaltelemente und insgesamt neun Wellen. In einer ersten Variante wird ein Getriebe vorgeschlagen, bei dem im Unterschied zur DE 10 2005 002 337 A1 das Hohlrad des antriebsnah angeordneten ersten Planetenradsatzes, dessen Sonnenrad ständig mit dem Sonnenrad des mit der Antriebswelle verbundenen zweiten Planetenradsatzes verbunden über das erste Schaltelement am Getriebegehäuse festsetzbar ist, fest mit dem Getriebegehäuse verbunden ist. Hierbei ist das zweite Schaltelement im Kraftfluss zwischen dem Planetenradträger dieses ersten Planetenradsatzes und dem Hohlrad des mit der Abtriebswelle verbundenen vierten Planetenradsatzes angeordnet. In einer zweiten Variante wird ein Getriebe vorgeschlagen, bei dem im Unterschied zur DE 10 2005 002 337 A1 das Hohlrad des antriebsnah angeordneten ersten Planetenradsatzes fest mit dem Getriebegehäuse verbunden ist, wobei das zweite Schaltelement im Kraftfluss zwischen dem Sonnenrad dieses ersten Planetenradsatzes und dem über das erste Schaltelement am Getriebegehäuse festsetzbare Sonnenrad des mit der Antriebswelle verbundenen zweiten Planetenradsatzes angeordnet ist.
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Aus der gattungsgemäßen
DE 10 2009 001 253 B3 der Anmelderin ist eine Weiterentwicklung des aus der
DE 10 2005 002 337 A1 bekannten 8-Gang-Automatgetriebes bekannt. Hier konnte durch Hinzufügen eines als Kupplung ausgebildeten sechsten Schaltelementes im Kraftfluss zwischen Antriebswelle und dem durch Schließen des fünften der zuvor vorhandenen fünf Schaltelemente verblockbaren zweiten Planetenradsatz ein zusätzlicher Vorwärtsgang dargestellt werden, der von seiner Übersetzung her größer ist als der bisherige erste Gang des 8-Gang-Getriebes, also ein zusätzlicher Anfahrgang unterhalb des bisherigen ersten Gangs des 8-Gang-Getriebes.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Mehrstufengetriebe der eingangs genannten Art mit insgesamt vier Planetenradsätzen anzugeben, das mittels eines vergleichsweise gering modifizierten Getriebeschemas zumindest neun gruppenschaltungsfrei schaltbare Vorwärtsgänge aufweist.
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Diese Aufgabe wird neuheitsgemäß durch ein Automatgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Demnach wird ein Automatgetriebe vorgeschlagen, welches ein Gehäuse, insgesamt acht drehbare Wellen inklusive einer Antriebswelle und inklusive einer Abtriebswelle, vier einzelne Planetenradsätze und sechs Schaltelemente aufweist, deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle bewirken zum Schalten von mehreren Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang. Jeder der vier Planetenradsätze weist drei verschiedene Elemente auf, also jeweils ein Sonnenrad, einen Planetenradträger und ein Hohlrad.
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Das zweite Element des vierten Planetenradsatzes bildet die als Antriebswelle ausgeführte erste Welle. Das zweite Element des dritten Planetenradsatzes bildet die als Abtriebswelle ausgeführte zweite Welle. Das erste Element des vierten Planetenradsatzes bildet die dritte Welle. Das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes bildet die fünfte Welle. Das dritte Element des dritten Planetenradsatzes bildet die sechste Welle. Das erste Element des zweiten Planetenradsatzes und das dritte Element des vierten Planetenradsatzes sind ständig miteinander verbunden und bilden (in Art einer Koppelwelle) die siebte Welle. Das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes bildet die achte Welle.
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Das erste Schaltelement ist im Kraftfluss zwischen der dritten Welle und dem Gehäuse angeordnet ist, sodass die dritte Welle festsetzbar ist. Das zweite Schaltelement ist ständig mit der vierten Welle verbunden. Das dritte Schaltelement ist im Kraftfluss zwischen der ersten Welle (Antriebswelle) und der fünften Welle angeordnet. Das vierte Schaltelement ist im Kraftfluss zwischen der zweiten Welle (Abtriebswelle) und der achten Welle angeordnet. Das fünfte Schaltelement im Kraftfluss entweder zwischen der fünften und siebten Welle oder zwischen der fünften und achten Welle oder aber zwischen der siebten und achten Welle angeordnet, sodass dann, wenn das fünfte Schaltelement geschlossen ist, alle drei Elemente des zweiten Planetenradsatzes mit gleicher Drehzahl rotieren, der zweite Planetenradsatz also verblockt ist. Das sechste Schaltelement ist im Kraftfluss zwischen der zweiten Welle (Abtriebswelle) und der achten Welle angeordnet.
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Dabei ist unter der Formulierung „ständig verbunden” im Zusammenhang mit der Ankoppelung eines Schaltelementes an einen Planetenradsatz zu verstehen, dass das Eingangs- oder Ausgangselement des jeweiligen Schaltelementes über eine drehfeste oder drehelastischen Verbindung unmittelbar mit einem der Elemente des jeweiligen Planetenradsatzes verbunden ist, sodass es stets eine feste Drehzahlbeziehung zwischen diesem Planetenradsatzelement und dem Eingangs- bzw. Ausgangselement dieses Schaltelementes gibt.
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Im Zusammenhang mit der Ankoppelung eines Schaltelementes an eine Welle ist unter der Formulierung „ständig verbunden” zu verstehen, dass das Eingangs- oder Ausgangselement des jeweiligen Schaltelementes über eine drehfeste oder drehelastischen Verbindung unmittelbar mit der jeweiligen Welle verbunden ist, sodass es stets eine feste Drehzahlbeziehung zwischen dieser Welle und dem Eingangs- bzw. Ausgangselement dieses Schaltelementes gibt.
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Im Zusammenhang mit der Ankoppelung eines Planetenradsatzes an einen anderen Planetenradsatz ist unter der Formulierung „ständig verbunden” zu verstehen, dass eines der Elemente des jeweiligen Planetenradsatzes über eine drehfeste oder drehelastischen Verbindung unmittelbar mit einem der Elemente des jeweiligen anderen Planetenradsatzes verbunden ist, sodass es stets eine feste Drehzahlbeziehung zwischen diesen beiden Planetenradsatzelementen gibt.
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Im Zusammenhang mit der Ankoppelung eines Planetenradsatzelementes oder eines Schaltelementes an das Gehäuse ist unter der Formulierung „ständig verbunden” zu verstehen, dass das jeweilige Planetenradsatzelement bzw. das Ausgangselement des jeweiligen Schaltelementes eine drehfeste oder drehelastischen Verbindung unmittelbar mit dem Gehäuse verbunden ist, sodass das jeweilige Planetenradsatzelement bzw. das Ausgangselement des jeweiligen Schaltelementes stets stillsteht.
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Damit weist das erfindungsgemäße Automatgetriebe gegenüber dem Stand der Technik eine eigenständige Kinematik auf. Unter Verwendung von sechs Schaltelementen sind neun Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang schaltbar.
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In einer bevorzugten ersten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das dritte Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem Gehäuse verbunden ist, dass das erste Element des ersten Planetenradsatzes die vierte Welle des Automatgetriebes bildet und über das zweite Schaltelement mit der dritten Welle verbindbar ist, dass das erste Element des dritten Planetenradsatzes ständig mit der fünften Welle verbunden ist, und dass das zweite Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit der sechsten Welle verbunden ist.
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Das zweite Schaltelement ist hier also im Kraftschluss zwischen der dritten Welle und der vierten Welle angeordnet, sodass das erste Element des ersten Planetenradsatzes über das zweite Schaltelement mit dem ersten Element des vierten Planetenradsatzes verbindbar ist. Da die vierte Welle über das erste Schaltelement am Gehäuse festsetzbar ist, ist die dritte Welle bzw. das erste Element des ersten Planetenradsatzes durch gleichzeitiges Schließen des ersten und zweiten Schaltelementes am Gehäuse festsetzbar. Zudem weist dieses Automatgetriebe drei Koppelwellen auf, über die die vier Planetenradsätze ständig miteinander verbunden sind, nämlich die fünfte Welle, die sechste Welle und die siebte Welle.
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In einer bevorzugten zweiten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das dritte Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem Gehäuse verbunden ist, dass das erste Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit der dritten Welle verbunden ist, dass das zweite Element des ersten Planetenradsatzes die vierte Welle des Automatgetriebes bildet und über das zweite Schaltelement mit der sechsten Welle verbindbar ist, und dass das erste Element des dritten Planetenradsatzes ständig mit der fünften Welle verbunden ist.
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Das zweite Schaltelement ist hier also im Kraftschluss zwischen der vierten Welle und der sechsten Welle angeordnet, sodass das zweite Element des ersten Planetenradsatzes über das zweite Schaltelement mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes verbindbar ist. Zudem weist dieses Automatgetriebe drei Koppelwellen auf, über die die vier Planetenradsätze ständig miteinander verbunden sind, nämlich die dritte Welle, die fünfte Welle und die siebte Welle.
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In einer bevorzugten dritten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das dritte Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem Gehäuse verbunden ist, dass das erste Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit der dritten Welle verbunden ist, dass das erste Element des dritten Planetenradsatzes die vierte Welle des Automatgetriebes bildet und über das zweite Schaltelement mit der fünften Welle verbindbar ist, und dass das zweite Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit der sechsten Welle verbunden ist.
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Das zweite Schaltelement ist hier also im Kraftschluss zwischen der vierten Welle und der fünften Welle angeordnet, sodass das erste Element des dritten Planetenradsatzes mit der fünften Welle verbindbar ist, die ihrerseits mit keinem der Planetenradsatzelemente direkt verbunden ist. Zudem weist dieses Automatgetriebe drei Koppelwellen auf, über die die vier Planetenradsätze ständig miteinander verbunden sind, nämlich die dritte Welle, die sechste Welle und die siebte Welle.
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Vorzugsweise sind bei dem erfindungsgemäßen Automatgetriebe in jedem Gang drei der sechs Schaltelemente geschlossen. Bei einem Wechsel von einem Gang in den nachfolgend höheren oder niedrigeren Gang wird jeweils nur eines der zuvor geschlossenen Schaltelemente geöffnet und ein zuvor offenes Schaltelement geschlossen, sodass beim sequenziellen Hoch- und Zurückschalten um jeweils einen Gang so genannte Gruppenschaltungen vermieden werden.
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Um mit sechs Schaltelementen neun Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang darzustellen, kann ein derartiges Getriebes folgende Schaltlogik bzw. Ganglogik aufweisen: Im ersten Vorwärtsgang sind das erste, zweite und sechste Schaltelement geschlossen bzw. drehmomentübertragend. Im zweiten Vorwärtsgang sind das erste, zweite und dritte Schaltelement geschlossen bzw. drehmomentübertragend. Im dritten Vorwärtsgang sind das erste, zweite und fünfte Schaltelement geschlossen bzw. drehmomentübertragend. Im vierten Vorwärtsgang sind das zweite, dritte und fünfte Schaltelement geschlossen bzw. drehmomentübertragend. Im fünften Vorwärtsgang sind das zweite, vierte und fünfte Schaltelement geschlossen bzw. drehmomentübertragend. Im sechsten Vorwärtsgang sind das zweite, dritte und vierte Schaltelement geschlossen bzw. drehmomentübertragend. Im siebten Vorwärtsgang sind das dritte, vierte und fünfte Schaltelement geschlossen bzw. drehmomentübertragend. Im achten Vorwärtsgang sind das erste, dritte und vierte Schaltelement geschlossen bzw. drehmomentübertragend. Im neunten Vorwärtsgang sind das erste, vierte und fünfte Schaltelement geschlossen bzw. drehmomentübertragend. Im Rückwärtsgang sind das erste, zweite und vierte Schaltelement geschlossen bzw. drehmomentübertragend.
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In vorteilhafter Weise ist es möglich, das sechste Schaltelement in dem gleichen Bauraum oder in einem nur wenig größeren Bauraum unterzubringen, der für das gattungsgemäße Getriebe mit nur fünf Schaltelementen benötigt wird.
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Alle vier Planetenradsätze sind vorzugsweise als so genannte Minus-Planetenradsätze ausgeführt, deren jeweilige Planetenräder mit Sonnenrad und Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes kämmen.
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Alternativ zu der Ausführung des Radsatzsystems mit vier einzelnen Minus-Planetenradsätzen können einzelne der Minus-Planetenradsätze durch einen so genannten Plus-Planetenradsatz ersetzt sein, was alternative räumliche Anordnung einzelner Schaltelemente innerhalb des Getriebegehäuses ermöglicht. Bekanntlich weist ein Plus-Planetenradsatz einen Planetenradträger („Steg”) mit daran drehbar gelagerten inneren und äußeren Planetenrädern auf, wobei jedes der inneren Planetenräder mit jeweils einem äußeren Planetenrad und mit dem Sonnenrad des Plus-Planetenradsatzes kämmt, während jedes der äußeren Planetenräder mit jeweils einem inneren Planetenrad und mit dem Hohlrad des Plus-Planetenradsatzes kämmt. Alternativ zu der Ausführung des Radsatzsystems mit vier einzelnen Minus-Planetenradsätzen können auch mehrere der Minus-Planetenradsätze durch Plus-Planetenradsätze ersetzt sein.
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Zur Gewährleistung der gleichen Kinematik des beanspruchten Radsatzsystems ist vorgesehen, dass das erste Element jedes Minus-Planetenradsatzes und das erste Element jedes Plus-Planetenradsatzes als Sonnenrad ausgebildet ist, dass das zweite Element jedes Minus-Planetenradsatzes als Planetenradträger ausgebildet ist, während das zweite Element jedes Plus-Planetenradsatzes als Hohlrad ausgebildet ist, und dass das dritte Element jedes Minus-Planetenradsatzes als Hohlrad ausgebildet ist, während das dritte Element jedes Plus-Planetenradsatzes als Planetenradträger ausgebildet ist.
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Hinsichtlich der räumlichen Anordnung der vier Planetenradsätze im Gehäuse des Automatgetriebes wird in einer Ausgestaltung vorgeschlagen, alle vier Planetenradsätze koaxial zueinander nebeneinander in der definierten Reihenfolge „erster, vierter, zweiter, dritter Planetenradsatz” anzuordnen, wodurch es möglich ist, alle Kupplungen in einfacher Weise leckagearm mit dem zur hydraulischen Betätigung erforderlichen Druckmittel zu versorgen. Für eine Anwendung mit koaxial zueinander verlaufender Antriebs- und Abtriebswelle ist es in diesem Fall zweckmäßig, dass der erste Planetenradsatz der dem Antrieb des Automatgetriebes zugewandte Planetenradsatz der Planetenradsatzgruppe ist.
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In Verbindung mit der Planetenradsatz-Reihenfolge „erster, vierter, zweiter, dritter Planetenradsatz” wird als vorteilhafte räumliche Anordnung der Schaltelemente vorgeschlagen,
- • das erste Schaltelement räumlich gesehen auf derjenigen Seite des ersten Planetenradsatzes anzuordnen, die dem vierten Planetenradsatz abgewandt ist;
- • je nach kinematischer Anbindung des zweiten Schaltelementes an die anderen Getriebekomponenten, das zweite Schaltelement axial benachbart zum ersten Planetenradsatz auf der dem vierten Planetenradsatz abgewandten Seite des ersten Planetenradsatzes anzuordnen, oder alternativ in einem Bereich axial zwischen dem ersten und vierten Planetenradsatz, oder alternativ axial benachbart zum dritten Planetenradsatz in einem Bereich axial zwischen dem zweiten und dritten Planetenradsatz, oder alternativ zumindest teilweise in einem Bereich radial über dem dritten Planetenradsatz, oder alternativ in einem Bereich axial zwischen dem zweiten und dritten Planetenradsatz, oder alternativ in einem Bereich benachbart zum dritten und/oder vierten Schaltelement, oder alternativ axial benachbart zum dritten Planetenradsatz, oder alternativ als Klauenkupplung ausgeführt zumindest teilweise in einem Bereich zentrisch innerhalb des ersten Elementes des ersten Planetenradsatzes, oder alternativ als Klauenkupplung ausgeführt zumindest teilweise in einem Bereich zentrisch innerhalb des ersten Elementes des dritten Planetenradsatzes;
- • das dritte Schaltelement in einem Bereich axial zwischen dem zweiten und dritten Planetenradsatz anzuordnen;
- • das vierte Schaltelement axial benachbart zum dritten Planetenradsatz in einem Bereich axial zwischen dem zweiten und dritten Planetenradsatz, oder alternativ in einem Bereich axial zwischen dem zweiten und vierten Planetenradsatz (beispielsweise axial benachbart zum zweiten Planetenradsatz), oder alternativ axial benachbart zum vierten Planetenradsatz in einem Bereich axial zwischen dem ersten und vierten Planetenradsatz;
- • das fünfte Schaltelement axial benachbart zum zweiten Planetenradsatz in einem Bereich axial zwischen dem zweiten und dritten Planetenradsatz anzuordnen, oder alternativ in einem Bereich axial zwischen dem zweiten und vierten Planetenradsatz;
- • das sechste Schaltelement in einem Bereich axial zwischen dem ersten und vierten Planetenradsatz anzuordnen, oder alternativ in einem Bereich radial über dem vierten Planetenradsatz, oder alternativ in einem Bereich axial zwischen dem vierten und zweiten Planetenradsatz.
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Selbstverständlich sind auch andere räumliche Anordnungen der vier Planetenradsätze und der sechs Schaltelemente im Gehäuse des Automatgetriebes möglich. Beispielsweise können die vier Planetenradsätze koaxial zueinander nebeneinander in der definierten Reihenfolge „zweiter, vierter, erster, dritter Planetenradsatz” angeordnet sein, wobei es in diesem Fall für eine Anwendung in einem Fahrzeug mit so genanntem „Standard-Antrieb” zweckmäßig ist, den zweiten Planetenradsatz der Antriebsseite des Automatgetriebes zuzuwenden, während es für eine Anwendung in einem Fahrzeug mit so genanntem „Front-Quer-Antrieb” zweckmäßig ist, den dritten Planetenradsatz der Antriebsseite des Automatgetriebes zuzuwenden.
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Alle vorgeschlagenen Ausführungen und Ausgestaltungen für ein Automatgetriebe gemäß der Erfindung weisen insbesondere für Personenkraftwagen in der Praxis brauchbare Übersetzungen mit sehr großer Gesamtspreizung in hinsichtlich der Fahrbarkeit vertretbarer Gangabstufung auf, was sich auf den angestrebt niedrigen Kraftstoffverbrauch positiv auswirkt. Darüber hinaus zeichnet sich das erfindungsgemäße Automatgetriebe durch eine gemessen an der Gangzahl geringe Anzahl an Schaltelementen und einen vergleichsweise geringen Bauaufwand aus. Weiterhin ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Automatgetriebe in allen Gängen ein guter Wirkungsgrad, einerseits infolge geringer Schleppverluste, da in jedem Gang jeweils drei der Schaltelemente im Eingriff sind, andererseits auch infolge geringer Verzahnungsverluste in den einfach aufgebauten Einzel-Planetenradsätzen.
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In vorteilhafter Weise ist es mit dem erfindungsgemäßen Automatgetriebe möglich, ein Anfahren des Kraftfahrzeugs sowohl mit einem getriebeexternen Anfahrelement als auch mit einem getriebeinternen Reibschaltelement zu realisieren. Ein getriebeexternes Anfahrelement kann in an sich bekannter Weise beispielsweise als hydrodynamischer Wandler, als so genannte trockene Anfahrkupplung, als so genannte nasse Anfahrkupplung, als Magnetpulverkupplung oder als Fliehkraftkupplung ausgebildet sein. Alternativ zur Anordnung eines derartigen Anfahrelement in Kraftflussrichtung zwischen Antriebsmotor und Getriebe kann das getriebeexterne Anfahrelement in Kraftflussrichtung auch hinter dem Getriebe angeordnet sein, wobei in diesem Fall die Antriebswelle des Getriebes ständig verdrehfest oder verdrehelastisch mit der Kurbelwelle des Antriebsmotors verbunden ist. Als getriebeinternes Anfahrelement eignen sich beispielsweise das erste und zweite Schaltelement, insbesondere das in vielen Vorwärtsgängen und im Rückwärtsgang drehmomentführende zweite Schaltelement.
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Außerdem ist das erfindungsgemäße Automatgetriebe derart konzipiert, dass eine Anpassbarkeit an unterschiedliche Triebstrangausgestaltungen sowohl in Kraftflussrichtung als auch in räumlicher Hinsicht ermöglicht wird. So können sich bei gleichem Getriebeschema, je nach Standgetriebeübersetzung der einzelnen Planetensätze, unterschiedliche Gangsprünge ergeben, so dass eine anwendungs- bzw. fahrzeugspezifische Variation ermöglicht wird. Weiterhin ist es ohne besondere konstruktive Maßnahmen möglich, Antrieb und Abtrieb des Getriebes wahlweise koaxial oder achsparallel zueinander anzuordnen. Auf der Antriebsseite oder auf der Abtriebsseite des Getriebes können ein Achsdifferential und/oder ein Verteilerdifferential angeordnet werden. Es ist zudem möglich, an jeder geeigneten Stelle des Mehrstufengetriebes zusätzliche Freiläufe vorzusehen, beispielsweise zwischen einer Welle und dem Gehäuse oder um zwei Wellen gegebenenfalls zu verbinden. Auch kann auf jeder Welle, bevorzugt auf der Antriebswelle oder auf der Abtriebswelle, eine verschleißfreie Bremse, wie z. B. ein hydraulischer oder elektrischer Retarder oder dergleichen, angeordnet sein, welche insbesondere für den Einsatz in Nutzkraftfahrzeugen von besonderer Bedeutung ist. Auch kann zum Antrieb von zusätzlichen Aggregaten auf jeder Welle, bevorzugt auf der Antriebswelle oder der Abtriebswelle, ein Nebenabtrieb vorgesehen sein. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Automatgetriebes besteht darin, dass an jeder Welle zusätzlich eine elektrische Maschine als Generator und/oder als zusätzliche Antriebsmaschine anbringbar ist.
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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. Als Schaltelemente können aber auch formschlüssige Bremsen und/oder Kupplungen – wie z. B. Synchronisierungen oder Klauenkupplungen – eingesetzt werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Gleiche bzw. vergleichbare Bauteile sind dabei auch mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Automatgetriebes;
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2 eine schematische Darstellung einer ersten Alternative zum Automatgetriebe gemäß 1;
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3 eine schematische Darstellung einer zweiten Alternative zum Automatgetriebe gemäß 1;
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4 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Automatgetriebes;
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5 eine schematische Darstellung einer ersten Alternative zum Automatgetriebe gemäß 4;
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6 eine schematische Darstellung einer zweiten Alternative zum Automatgetriebe gemäß 4;
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7 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Automatgetriebes;
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8 eine schematische Darstellung einer ersten Alternative zum Automatgetriebe gemäß 7;
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9 eine schematische Darstellung einer zweiten Alternative zum Automatgetriebe gemäß 7;
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10 ein beispielhaftes Schaltschema für die Automatgetriebe gemäß 1 bis 10; und
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11 eine Tabelle mit Varianten der Automatgetriebe gemäß 1 bis 10.
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In 1 ist das Radsatzschema eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Automatgetriebes dargestellt. Das Getriebe umfasst inklusive einer Antriebswelle AN und inklusiver einer Abtriebswelle AB neun drehbare Wellen 1 bis 9, vier Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 und sechs Schaltelemente A, B, C, D, E, F, die alle in einem Gehäuse GG des Getriebes angeordnet sind. Alle vier Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 sind als einfache Minus-Planetenradsätze ausgebildet, jeder umfassend ein erstes, ein zweites und ein drittes Element. Ein Minus-Planetenradsatz weist bekanntlich Planetenräder auf, die mit Sonnen- und Hohlrad dieses Planetensatzes kämmen. Die jeweils dritten Elemente der vier Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 sind alle als Hohlräder ausgebildet und mit HO1, HO2, HO3 und HO4 bezeichnet. Die jeweils ersten Elemente der vier Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 sind alle als Sonnenräder ausgebildet und mit SO1, SO2, SO3 und SO4 bezeichnet. Die jeweils zweiten Elemente der vier Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 sind alle als Planetenradträger ausgebildet und mit ST1, ST2, ST3 und ST4 bezeichnet. Die an den Planetenradträgern ST1, ST2, ST3 und ST4 rotierbar gelagerten Planetenräder sind mit PL1, PL2, PL3 und PL4 bezeichnet.
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Das Schaltelement A ist als Bremse ausgebildet, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als reibschlüssig schaltbare Lamellenbremse ausgeführt ist, in einer anderen Ausgestaltung auch als reibschlüssig schaltbare Bandbremse oder beispielsweise auch als formschlüssig schaltbare Klauen- oder Konusbremse ausgeführt sein kann. Die anderen Schaltelemente B, C, D, E und F sind als Kupplungen ausgebildet, die im dargestellten Ausführungsbeispiel alle als reibschlüssig schaltbare Lamellenkupplung ausgeführt sind, in einer anderen Ausgestaltung beispielsweise auch als formschlüssig schaltbare Klauen- oder Konuskupplung ausgeführt sein können. Mit diesen insgesamt sechs Schaltelementen A bis F ist ein selektives Schalten von neun Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang realisierbar, was später anhand 10 noch näher erläutert wird.
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Hinsichtlich der Kopplung der einzelnen Elemente der vier Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 untereinander und zur Antriebs- und Abtriebswelle AN, AB ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 folgendes vorgesehen:
Der Planetenradträger ST4 des vierten Planetenradsatzes RS4 und die Antriebswelle AN sind verdrehfest oder drehelastisch miteinander verbunden und bilden die mit 1 bezeichnete erste Welle des Automatgetriebes. Der Planetenradträger ST3 des dritten Planetenradsatzes RS3 und die Abtriebswelle AB sind drehfest oder drehelastisch miteinander verbunden und bilden die mit 2 bezeichnete zweite Welle des Automatgetriebes. Das Sonnenrad SO4 des vierten Planetenradsatzes RS4 bildet die mit 3 bezeichnete dritte Welle des Automatgetriebes Das Sonnenrad SO1 des ersten Planetenradsatzes RS1 bildet die mit 4 bezeichnete vierte Welle des Automatgetriebes. Das Hohlrad HO2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 und das Sonnenrad SO3 des dritten Planetenradsatzes RS3 sind ständig – in Art einer ersten Koppelwelle – drehfest oder drehelastisch miteinander verbunden. Das Hohlrad HO2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 bildet hier zusammen mit dem Sonnenrad SO3 des dritten Planetenradsatzes RS3 die mit 5 bezeichnete fünfte Welle des Automatgetriebes. Der Planetenradträger ST1 des ersten Planetenradsatzes RS1 und das Hohlrad HO3 des dritten Planetenradsatzes RS3 sind ständig – in Art einer zweiten Koppelwelle – drehfest oder drehelastisch miteinander verbunden. Das Hohlrad HO3 des dritten Planetenradsatzes RS3 bildet hier zusammen mit dem Planetenradträger ST1 des ersten Planetenradsatzes die mit 6 bezeichnete sechste Welle des Automatgetriebes. Das Hohlrad HO4 des vierten Planetenradsatzes RS4 und das Sonnenrad SO2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 sind drehfest oder drehelastisch ständig miteinander verbunden und bilden – in Art einer dritten Koppelwelle – die mit 7 bezeichnete siebte Welle des Automatgetriebes. Der Planetenradträger ST2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 bildet die mit 8 bezeichnete achte Welle des Automatgetriebes.
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Hinsichtlich der Kopplung der sechs Schaltelemente A bis F an die so beschriebenen acht Wellen 1 bis 8 des Getriebes und an das Gehäuse GG ist bei dem in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Automatgetriebe folgendes vorgesehen: Das erste Schaltelement A ist im Kraftfluss zwischen der dritten Welle 3 und dem Getriebegehäuse GG angeordnet. Das zweite Schaltelement B ist im Kraftfluss zwischen der dritten Welle 3 und der vierten Welle 4 angeordnet. Somit sind die Sonnenräder SO1 und SO4 durch Schließen des zweiten Schaltelementes B miteinander verbindbar, während die Sonnenräder SO1 und SO4 durch gleichzeitiges Schließen des ersten Schaltelementes A und zweiten Schaltelementes B zusammen an dem Gehäuse GG festsetzbar sind. Das dritte Schaltelement C ist im Kraftfluss zwischen der ersten Welle 1 und der fünften Welle 5 angeordnet. Das vierte Schaltelement D ist im Kraftfluss zwischen der zweiten Welle 2 und der achten Welle 8 angeordnet. Das fünfte Schaltelement E ist im Kraftfluss zwischen der fünften Welle 5 und der siebten Welle 7 angeordnet. Das sechste Schaltelement F ist im Kraftfluss zwischen der ersten Welle 1 und der achten Welle 8 angeordnet.
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In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist somit die erste Welle 1 ständig mit zwei Schaltelementen (Kupplungen C und F) verbunden, die zweite Welle 2 mit einem Schaltelement (Kupplung D) verbunden, die dritte Welle 3 ständig mit zwei Schaltelementen (Bremse A, Kupplung B) verbunden, die vierte Welle 4 ständig mit einem Schaltelement (Kupplung B) verbunden, die fünfte Welle 5 ständig mit zwei Schaltelementen (Kupplungen C und E) verbunden, die sechste Welle 6 mit keinem der Schaltelemente ständig verbunden, die siebte Welle 7 ständig mit einem Schaltelement (Kupplung E) verbunden, die achte Welle 8 ständig mit zwei Schaltelementen (Kupplungen D und F) verbunden.
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Ferner ist in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der erste Planetenradsatz RS1 ständig mit einem Schaltelement (Kupplung B) verbunden, der zweite Planetenradsatz RS2 ständig mit vier Schaltelementen (Kupplungen C, D, E und F) verbunden, der dritte Planetenradsatz RS3 ständig mit drei Schaltelementen (Kupplungen C, D und E) verbunden, und der vierte Planetenradsatz RS4 ständig mit fünf Schaltelementen (Bremse A, Kupplungen B, C, E und F) verbunden.
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In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist dann, wenn das Schaltelement E geschlossen ist, das Hohlrad HO2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 mit dem Sonnenrad SO2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden, wodurch der zweite Planetenradsatz RS2 verblockt ist und alle drei Elemente SO2, ST1 und HO2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 mit gleicher Drehzahl rotieren.
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Zum Verblocken des zweiten Planetenradsatzes RS2 via Schließen der Kupplung E gibt es zwei Alternativen, die in den 2 und 3 dargestellt sind. In 2 ist die Kupplung E im Kraftfluss zwischen der siebten Welle 7 und der achten Welle 8 angeordnet und verbindet im geschlossenen Zustand das Sonnenrad SO2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 mit dem Planetenradträger ST2 des zweiten Planetenradsatzes RS2. In 3 ist die Kupplung E im Kraftfluss zwischen der fünften Welle 5 und der siebten Welle 7 angeordnet und verbindet im geschlossenen Zustand das Hohlrad HO2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 mit dem Planetenradträger ST2 des zweiten Planetenradsatzes RS2.
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In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die vier Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 in axialer Richtung gesehen in der definierten Reihenfolge „RS1, RS4, RS2, RS3” koaxial hintereinander angeordnet, wobei Antriebswelle AN und Abtriebswelle AB koaxial zueinander angeordnet sind und der erste Planetenradsatz RS1 den antriebsnahen Radsatz des Automatgetriebes und der dritte Planetenradsatz RS3 den abtriebsnahen Radsatz des Automatgetriebes bildet. Diese Anordnung „RS1, RS4, RS2, RS3” ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass die vier Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 jeweils nur von maximal einer Welle des Automatgetriebes in axialer Richtung zentrisch durchgriffen werden.
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Im Prinzip ist die räumliche Anordnung der Schaltelemente innerhalb des Getriebes beliebig und wird nur durch die Abmessungen und die äußere Formgebung des Getriebegehäuses GG begrenzt. Entsprechend ist die in
1 dargestellte Bauteilanordnung ausdrücklich als nur eine von zahlreichen möglichen Bauteilanordnungs-Varianten zu verstehen. Zahlreiche Anregungen hierzu findet der Fachmann beispielsweise in der bereits erwähnten Schrift
DE 10 2005 002 337 A1 . Das in
1 dargestellte Ausführungsbeispiel eignet sich aufgrund der schlanken Gehäusestruktur besonders gut für den Einbau in ein Kraftfahrzeug mit so genanntem „Standard-Antrieb”. Die in
1 dargestellte Bauteilanordnung basiert auf dem in
4 der DE 10 2005 002 337 A1 offenbarten Automatgetriebe.
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In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Bremse A räumlich gesehen axial neben dem (auf der Antriebsseite des Getriebegehäuses angeordneten) ersten Planetenradsatzes RS1 angeordnet, auf der Seite des Planetenradsatzes RS1, die dem Planetenradsatz RS4 abgewandt ist. Die Bremse A ist auf einem vergleichsweise großen Durchmesser angeordnet, auf einem Durchmesser größer dem Durchmesser des Hohlrades HO1. Mit Druck- und Kühlmittel versorgt werden kann die Bremse A in einfacher Weise vom Gehäuse GG her. Die Bremse A kann konstruktiv einfach in einer antriebsnahen Gehäusewand des Gehäuses GG integriert sein.
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Wie aus 1 weiterhin ersichtlich, ist die Kupplung B räumlich gesehen in einem Bereich axial zwischen dem Innenlamellenträger der Bremse A und dem ersten Planetenradsatz RS1 angeordnet. Mit Druck- und Schmiermittel versorgt werden kann die Kupplung B beispielsweise von der Antriebswelle AN her über die die Antriebswelle AN radial umschließende dritte Welle 3.
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Ist die Kupplung B in Abweichung zu 1 als Klauenkupplung ausgebildet, so kann sie räumlich gesehen auch zumindest teilweise zentrisch innerhalb des Sonnenrads SO1 des ersten Planetenradsatzes RS1 angeordnet sein und dabei einen Abschnitt der dritten Welle 3 radial umschließen.
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Wie aus 1 weiterhin ersichtlich, sind die drei Kupplungen C, D und E räumlich gesehen in einem Bereich axial zwischen dem (auf der Abtriebsseite des Getriebegehäuses angeordneten) dritten Planetenradsatz RS3 und dem (dem dritten Planetenradsatz RS3 zugewandten) zweiten Planetenradsatz RS2 angeordnet, während zumindest das Lamellenpaket der Kupplung F beispielhaft in einem Bereich axial zwischen dem ersten Planetenradsatz RS1 und dem vierten Planetenradsatz RS4 angeordnet ist.
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Die beiden Kupplungen C und E sind beispielhaft axial nebeneinander angeordnet, wobei die Kupplung E axial unmittelbar an den zweiten Planetenradsatz RS2 angrenzt. In fertigungstechnisch vorteilhafter Weise ist für diese beiden Kupplungen C und E ein gemeinsamer Lamellenträger vorgesehen, der einen Abschnitt der fünften Welle 5 bildet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Lamellenpakete der Kupplungen C und E axial nebeneinander auf gleichem Durchmesser angeordnet; in einer Variante kann das Lamellenpaket der Kupplung C in axialer Richtung gesehen aber auch radial über dem Lamellenpaket der Kupplung E angeordnet sein. Die Kupplung D ist beispielhaft axial zwischen der Kupplung C und dem dritten Planetenradsatz RS3 angeordnet, dabei axial unmittelbar an den dritten Planetenradsatz RS3 angrenzend. Alternativ kann zumindest das Lammellenpaket der Kupplung D räumlich gesehen auch teilweise oder vollständig radial über der Kupplung C und/oder Kupplung E angeordnet sein.
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Mit Druck- und Schmiermittel versorgt werden kann die Kupplung C in vorteilhaft einfacher Weise leckageverlustarm von der Antriebswelle AN her. Mit Druck- und Schmiermittel versorgt werden kann die Kupplung D in konstruktiv einfacher Weise leckageverlustarm von der Abtriebswelle AB her über den ständig mit der Abtriebswelle AB verbundenen Planetenradträger ST3 des dritten Planetenradsatzes RS3. Die Kupplung E kann beispielsweise von der Antriebswelle AN her kommend über einen auf der Antriebswelle AN drehbar gelagerten Abschnitt der siebten Welle 7 mit Druck- und Schmiermittel versorgt werden, oder beispielsweise von der Abtriebswelle AB her kommend über einen auf oder in der Abtriebswelle AB drehbar gelagerten Abschnitt der fünften Welle 5.
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Wie aus 1 weiterhin ersichtlich, ist zumindest das Lamellenpaket der im Kraftfluss zwischen Welle 1 (Antriebswelle AN) und Welle 8 angeordneten Kupplung F räumlich gesehen in einem Bereich axial zwischen dem ersten Planetenradsatz RS1 und dem vierten Planetenradsatz RS4 angeordnet. Dies erlaubt die Anordnung des Lamellenpaketes der Kupplung F, die – wie später noch erläutert werden wird, nur im ersten Vorwärtsgang geschlossen ist und dann ein vergleichsweise großes Drehmoment übertragen muss – auf einem vergleichsweise großem Durchmesser, ähnlich dem Durchmesser der beiden Hohlräder HO1 und HO4. Entsprechend übergreift der hier beispielhaft mit dem Außenlamellenträger der Kupplung F verbundene Abschnitt der achten Welle 8 den vierten Planetenradsatz RS4 vollständig, wodurch der Planetenradsatz RS4 und die Kupplung F innerhalb eines Zylinderraums angeordnet sind, der durch diesen Abschnitt der Welle 8 gebildet wird. Die Druck- und Schmiermittelzufuhr zur Kupplung F ist in konstruktiv einfach Weise leckageverlustarm über die Antriebswelle AN und den ständig mit der Antriebswelle AN verbundenen Planetenradträger ST4 des vierten Planetenradsatzes RS4 realisierbar.
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Selbstverständlich kann der Fachmann die Kupplung F auch anderweitig räumlich platzieren. Beispielsweise kann die Kupplung F räumlich gesehen auch in einem Bereich axial zwischen dem zweiten Planetenradsatz RS2 und dem vierten Planetenradsatz RS4 angeordnet sein. Ist die Kupplung F abweichend zu 1 in Bauart einer Klauenkupplung ausgeführt, bietet es sich an, diese Klauenkupplung auf kleinem Durchmesser im Bereich axial zwischen den Sonnenrädern SO2 und SO4 anzuordnen.
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Wie bereits angedeutet, ist die in 1 dargestellte räumliche Anordnung der Schaltelemente als beispielhaft zu verstehen. So kann es je nach dem für den Einbau des Getriebes in das Fahrzeug zur Verfügung stehenden Bauraum beispielsweise zweckmäßig sein, einzelne oder mehrere der sechs Schaltelemente anders anzuordnen als in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel.
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Wie aus 1 weiterhin ersichtlich, werden die Planetenradsätze RS4 und RS2 jeweils nur von der Antriebswelle AN (bzw. Welle 1) in axialer Richtung zentrisch vollständig durchgriffen. Dies ist vorteilhaft für die Dimensionierung der Antriebswelle AN und der Radsätze, aber auch vorteilhaft für die konstruktive Ausgestaltung der Schmiermittelzuführung zu den Planetenrädern der Planetenradsätze und für die konstruktive Ausgestaltung der Druck- und Schmiermittelzuführung zu den Kupplungen. In ihrem axialen Verlauf durchgreift die Antriebswelle AN dabei die dritte Welle 3 und die siebte Welle 7 zentrisch. Wie aus 1 weiterhin ersichtlich, übergreift die Welle 6 des Getriebes, die ja die Wirkverbindung zwischen dem Planetenradträger ST1 des (auf der Antriebsseite des Getriebegehäuses angeordneten) ersten Planetenradsatzes RS1 und dem Hohlrad HO3 des (auf der Abtriebsseite des Getriebegehäuses angeordneten) dritten Planetenradsatzes RS3 bildet, in ihrem axialen Verlauf den vierten und zweiten Planetenradsatz RS4, RS2 sowie die vier Kupplungen F, E, C, D vollständig. Die achte Welle 8 verläuft zentrisch innerhalb der sechsten Welle 6, während die siebte Welle 7 abschnittsweise zentrisch innerhalb der achten Welle 8 verläuft. Auch die fünfte Welle 5 verläuft zentrisch innerhalb der sechsten Welle 6.
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In 4 ist das Radsatzschema eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Automatgetriebes dargestellt, abgeleitet aus dem Getriebeschema gemäß 1. Die Unterschiede zu dem Getriebeschema gemäß 1 betreffen nur die kinematische Ankopplung des ersten Planetenradsatzes RS1 und des zweiten Schaltelementes B an die anderen Getriebekomponenten.
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Wie in 4 ersichtlich, ist wie in 1 das Hohlrad HO1 des ersten Planetenradsatzes RS1 ständig drehfest oder drehelastisch mit dem Getriebegehäuse GG verbunden. Im Unterschied zu 1 ist nunmehr das Sonnenrad SO4 des vierten Planetenradsatzes RS4 ständig drehfest oder drehelastisch (in Art einer Koppelwelle) mit dem Sonnenrad SO1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden. Sonnenrad SO4 und Sonnenrad SO1 bilden gemeinsam die dritte Welle 3 des Automatgetriebes, sodass die Sonnenräder SO1 und SO4 durch Schließen des ersten Schaltelementes A zusammen an dem Gehäuse GG festsetzbar sind. Nunmehr bildet der Planetenradträger ST1 des ersten Planetenradsatzes RS1 die ständig mit dem zweiten Schaltelement B verbundene vierte Welle 4 des Automatgetriebes. Diese vierte Welle 4 ist über das jetzt als Kupplung ausgebildete zweite Schaltelement B nunmehr mit der sechsten Welle 6 des Automatgetriebes verbindbar, wobei die sechste Welle 6 ihrerseits durch das Hohlrad HO3 des dritten Planetenradsatzes RS3 gebildet wird. Im Unterschied zu dem Automatgetriebe gemäß 1 ist bei dem Automatgetriebe gemäß 4 das zweite Schaltelement also im Kraftfluss zwischen der vierten Welle 4 (jetzt Planetenradträger ST1 des ersten Planetenradsatzes RS1) und der sechsten Welle 6 (Hohlrad HO3 des dritten Planetenradsatzes RS3) angeordnet.
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Damit weist das Automatgetriebe gemäß 4 drei Koppelwellen auf, über die die einzelnen Planetenradsätze miteinander ständig verbunden sind, nämlich die dritte Welle 3, die fünfte Welle 5 sowie die siebte Welle 7.
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Wie in 4 weiterhin ersichtlich, sind alle vier Planetenradsätze RS1 bis RS4 wie in 1 als einfache Minus-Planetenradsätze ausgebildet und räumlich gesehen koaxial nebeneinander mit der definierten Reihenfolge „erster, vierter, zweiter, dritter Planetenradsatz” (also Anordnung „RS1-RS4-RS2-RS3”) angeordnet. Auch die räumliche Anordnung des als Bremse ausgeführten Schaltelementes A und die räumliche Anordnung der als Kupplung ausgeführten vier Schaltelemente C bis F wurde aus 1 unverändert übernommen.
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Im Unterschied zu 1 ist die Kupplung B räumlich gesehen nunmehr in einem Bereich axial zwischen dem ersten Planetenradsatzes RS1 und vierten Planetenradsatz RS4 angeordnet. Mit Druck- und Schmiermittel versorgt werden kann die Kupplung B beispielsweise von der Antriebswelle AN her über die die Antriebswelle AN radial umschließende dritte Welle 3 und den die dritte Welle 3 radial umschließenden Planetenradträger ST1 des ersten Planetenradsatzes RS1.
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Ist die Kupplung B in Abweichung zu 4 als Klauenkupplung ausgebildet, so kann sie räumlich gesehen auch auf kleinem Durchmesser im Bereich axial zwischen den Sonnenrädern SO1 und SO4 angeordnet sein und dabei diesen Abschnitt der dritten Welle 3 radial umschließen.
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Vergleichbar zu 1 gibt es auch für das Getriebeschema der 4 alternative Möglichkeiten für die Verblockung des zweiten Planetenradsatzes RS2 via Schließen der Kupplung E, was in den 5 und 6 dargestellt ist. Während die Kupplung E in 4 (gleich wie in 1) im Kraftfluss zwischen der fünften und siebten Welle 5, 7 angeordnet ist und im geschlossenen Zustand Sonnenrad SO2 und Hohlrad HO2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 miteinander verbindet, ist bei der in 5 dargestellten ersten Alternative die Kupplung E (gleich wie in 2) im Kraftfluss zwischen der siebten und achten Welle 7, 8 angeordnet und verbindet im geschlossenen Zustand das Sonnenrad SO2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 mit dem Planetenradträger ST2 des zweiten Planetenradsatzes RS2. In der in 6 dargestellten zweiten Alternative ist die Kupplung E (gleich wie in 3) im Kraftfluss zwischen der fünften Welle 5 und der siebten Welle 7 angeordnet und verbindet im geschlossenen Zustand das Hohlrad HO2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 mit dem Planetenradträger ST2 des zweiten Planetenradsatzes RS2.
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In 7 ist das Radsatzschema eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Automatgetriebes dargestellt, abgeleitet aus dem Getriebeschema gemäß 4. Die Unterschiede zu dem Getriebeschema gemäß 4 betreffen nur die kinematische Ankopplung des ersten Planetenradsatzes RS1 und des zweiten Schaltelementes B an die anderen Getriebekomponenten.
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Wie in 7 ersichtlich, ist das Hohlrad HO1 des ersten Planetenradsatzes RS1 wie in 4 ständig drehfest oder drehelastisch mit dem Gehäuse GG verbunden. Wie in 4 ist das Sonnenrad SO4 des vierten Planetenradsatzes RS4 als dritte Welle 3 des Automatgetriebes ständig mit dem Sonnenrad SO1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden, sodass die Sonnenräder SO1 und SO4 durch Schließen des ersten Schaltelementes A zusammen an dem Gehäuse GG festsetzbar sind. Nunmehr bildet das Sonnenrad SO3 des dritten Planetenradsatzes RS3 die ständig mit dem zweiten Schaltelement B verbundene vierte Welle 4 des Automatgetriebes. Diese vierte Welle 4 ist über das jetzt als Kupplung ausgebildete zweite Schaltelement B nunmehr mit der fünften Welle 5 des Automatgetriebes verbindbar, wobei die fünfte Welle 5 ihrerseits jetzt keine ständige Verbindung zu einem der Planetenradsatzelemente aufweist. Im Unterschied zu 4 (aber gleich wie in 1) ist das Hohlrad HO3 des dritten Planetenradsatzes RS3 als sechste Welle 6 des Automatgetriebes in Art einer Koppelwelle ständig mit dem Planetenradträger ST1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden. Im Unterschied zu dem Automatgetriebe gemäß 4 ist bei dem Automatgetriebe gemäß 7 das zweite Schaltelement also im Kraftfluss zwischen der vierten Welle 4 (jetzt Sonnenrad SO3 des dritten Planetenradsatzes RS3) und der fünften Welle 5 (Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes RS2) angeordnet. Hierdurch ist die erste Welle 1 (Antriebswelle AN) durch Schließen des dritten Schaltelementes C zwar nach wie vor mit der fünften Welle 5 verbindbar, damit jedoch auch das Sonnenrad SO3 (jetzt vierte Welle 4) des dritten Planetenradsatzes RS3 mit Drehzahl der Antriebswelle AN rotieren kann, bedarf es des gleichzeitigen Schließens des zweiten und dritten Schaltelementes B, C.
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Damit weist das Automatgetriebe gemäß 7 drei Koppelwellen auf, nämlich die dritte, sechste und siebte Welle 3, 6, 7.
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Wie in 7 weiterhin ersichtlich, sind alle vier Planetenradsätze RS1 bis RS4 wie in 4 als einfache Minus-Planetenradsätze ausgebildet und räumlich gesehen koaxial nebeneinander mit der definierten Reihenfolge „erster, vierter, zweiter, dritter Planetenradsatz” (also Anordnung „RS1-RS4-RS2-RS3”) angeordnet. Auch die räumliche Anordnung des als Bremse ausgeführten Schaltelementes A und die räumliche Anordnung der als Kupplung ausgeführten vier Schaltelemente C bis F wurde aus 4 unverändert übernommen.
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Im Unterschied zu 4 ist die Kupplung B räumlich gesehen nunmehr in einem Bereich axial zwischen dem zweiten Planetenradsatzes RS2 und dritten Planetenradsatz RS3 angeordnet, axial neben der Kupplung C auf derjenigen Seite der Kupplung C, die der Kupplung E abgewandt und dem dritten Planetenradsatz RS3 zugewandt ist. In fertigungstechnisch vorteilhafter Weise ist für die drei Kupplungen E, C und B ein gemeinsamer Lamellenträger vorgesehen, der einen Abschnitt der fünften Welle 5 bildet und hier beispielhaft als gemeinsamer Außenlamellenträger ausgeführt ist. Mit Druck- und Schmiermittel versorgt werden können die drei Kupplungen E, C, B beispielsweise von der Antriebswelle AN her kommend via eines auf oder in der Antriebswelle AN drehbar gelagerten Abschnitts der siebte Welle 7 über einen auf dieser siebten Welle 7 drehbar gelagerten Abschnitt der fünften Welle 5, oder beispielsweise von der Abtriebswelle AB her kommend via eines auf oder in der Abtriebswelle AB drehbar gelagerten Abschnitts der vierten Welle 4 über einen auf dieser vierten Welle 4 drehbar gelagerten Abschnitt der fünften Welle 5.
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Ist die Kupplung B in Abweichung zu 7 als Klauenkupplung ausgebildet, so kann sie räumlich gesehen auch auf kleinem Durchmesser im Bereich radial unter der Kupplung D axial neben dem Sonnenrad SO3 des dritten Planetenradsatzes RS3 angeordnet sein, alternativ auch zumindest teilweise zentrisch innerhalb des Sonnenrads SO3 des dritten Planetenradsatzes RS3.
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Vergleichbar zu 4 (und 1) gibt es auch für das Getriebeschema der 7 alternative Möglichkeiten für die Verblockung des zweiten Planetenradsatzes RS2 via Schließen der Kupplung E, was in den 8 und 9 dargestellt ist. Während die Kupplung E in 7 (gleich wie in 4 und 1) im Kraftfluss zwischen der fünften und siebten Welle 5, 7 angeordnet ist und im geschlossenen Zustand Sonnenrad SO2 und Hohlrad HO2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 miteinander verbindet, ist bei der in 8 dargestellten ersten Alternative die Kupplung E (gleich wie in 4 und 1) im Kraftfluss zwischen der siebten und achten Welle 7, 8 angeordnet und verbindet im geschlossenen Zustand das Sonnenrad SO2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 mit dem Planetenradträger ST2 des zweiten Planetenradsatzes RS2. In der in 9 dargestellten zweiten Alternative ist die Kupplung E (gleich wie in 4 und 1) im Kraftfluss zwischen der fünften Welle 5 und der siebten Welle 7 angeordnet und verbindet im geschlossenen Zustand das Hohlrad HO2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 mit dem Planetenradträger ST2 des zweiten Planetenradsatzes RS2.
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In 10 ist ein beispielhaftes Schaltschema der erfindungsgemäßen Automatgetriebe gemäß der 1 bis 9 dargestellt. In jedem Gang sind drei Schaltelemente geschlossen und drei Schaltelemente offen, was sich – infolge der Minimierung der an geöffneten Reibschaltelementen obligatorisch auftretenden Schleppverluste – auf den Wirkungsgrad des Getriebes positiv auswirkt. Neben der Schaltlogik kann dem Schaltschema auch entnommen werden, dass bei sequentieller Schaltweise – also bei Hoch- oder Zurückschalten um jeweils einen Gang – so genannte Gruppenschaltungen vermieden werden, da zwei in der Schaltlogik benachbarte Gangstufen stets zwei Schaltelemente gemeinsam benutzen. Der siebte Vorwärtsgang ist als direkter Gang ausgebildet, sodass zwei so genannte Overdrive-Vorwärtsgänge mit antriebsdrehzahlabsenkender Charakteristik zur Verfügung stehen.
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Selbstverständlich sind die in den 1 bis 9 zuvor dargestellten Getriebeschemata auch mit einer anderen räumlichen Anordnung der vier Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 darstellbar, ohne die jeweilige Kinematik des Getriebes zu verändern. Ein geeignet alternative räumlichen Anordnung der Planetenradsätze ist beispielsweise die Anordnung vier Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 koaxial nebeneinander mit der definierten Reihenfolge „zweiter, vierter, erster, dritter Planetenradsatz” (also Anordnung „RS2-RS4-RS1-RS3”). Diese Anordnung eignet sich gut für ein Getriebe, bei dem Antriebswelle AN und Abtriebswelle AB nicht koaxial zueinander angeordnet sind, wie die beispielsweise bei einem so genannten Front-Quer-Einbau im Fahrzeug der Fall ist.
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Auch haben die in den 1 bis 9 zuvor vorgeschlagenen räumlichen Anordnungen der Schaltelemente innerhalb des Getriebegehäuses beispielhaften Charakter. Bei Bedarf und je nach den gegebenen baulichen Möglichkeiten wird der Fachmann auch sinnvolle Alternativen für die Anordnung der Schaltelemente realisieren.
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Ausgehend von der Erkenntnis, dass es prinzipiell möglich ist, einen so genannten Minus-Planetenradsatz durch einen kinematisch gleichwertigen Plus-Planetenradsatz zu ersetzen, sofern es die Ankopplung von Sonnenrad, Planetenradträger und Hohlrad dieses Planetenradsatzes an die andern Planetenradsätze und die Schaltelemente und gegebenenfalls an das Gehäuse räumlich zulässt, zeigt 11 eine Tabelle, in der technisch sinnvolle Kombinationen von Planetenradsatztypen für die in den 1 bis 9 dargestellten Getriebeschemata aufgelistet sind. Alle in der Tabelle aufgelisteten Varianten können über die in 10 dargestellte Schaltlogik neun Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang schalten.
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Bekanntlich ist bei einem Minus-Planetenradsatz jedes seiner Planetenräder sowohl mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad in Zahneingriff, während bei einem Plus-Planetenradsatz jedes seiner inneren Planetenräder mit einem seiner äußeren Planetenräder und dem Sonnenrad in Zahneingriff ist und jedes seiner äußeren Planetenräder mit einem seiner inneren Planetenräder und dem Hohlrad in Zahneingriff ist. Aus 11 ersichtlich ist, dass es technisch nicht sinnvoll ist, den ständig mit der Abtriebswelle verbundenen dritten Planetenradsatz RS3 als Plus-Planetenradsatz auszuführen, während die Ausbildung eines oder mehrerer der anderen drei Planetenradsätze RS1, RS2 und RS4 zu technisch brauchbaren Ergebnissen führt.
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In Kenntnis der zuvor erläuterten Getriebeschemata wird der Fachmann problemlos alle in der Tabelle der 11 aufgelisteten Alternativen mit einzelnen bzw. mehreren Plus-Planetenradsätzen generieren. Zur Beibehaltung des Kinematik des Radsatzsystems muss hierbei lediglich das erste Element jedes Minus-Planetenradsatzes als Sonnenrad, das zweite Element jedes Minus-Planetenradsatzes als Planetenradträger und das dritte Element jedes Minus-Planetenradsatzes als Hohlrad ausgebildet sein, während das erste Element jedes Plus-Planetenradsatzes als Sonnenrad, das zweite Element jedes Plus-Planetenradsatzes als Hohlrad und das dritte Element jedes Plus-Planetenradsatzes als Planetenradträger ausgebildet sein muss.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Welle
- 2
- zweite Welle
- 3
- dritte Welle
- 4
- vierte Welle
- 5
- fünfte Welle
- 6
- sechste Welle
- 7
- siebte Welle
- 8
- achte Welle
- A
- erstes Schaltelement, erste Bremse
- B
- zweites Schaltelement, zweite Bremse
- C
- drittes Schaltelement, erste Kupplung
- D
- viertes Schaltelement, zweite Kupplung
- E
- fünftes Schaltelement, dritte Kupplung
- F
- sechstes Schaltelement, vierte Kupplung
- AN
- Antriebswelle
- AB
- Abtriebswelle
- GG
- Gehäuse
- RS1
- erster Planetenradsatz
- SO1
- Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes
- ST1
- Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes
- PL1
- Planetenräder des ersten Planetenradsatzes
- HO1
- Hohlrad des ersten Planetenradsatzes
- RS2
- zweiter Planetenradsatz
- SO2
- Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes
- ST2
- Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes
- PL2
- Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes
- HO2
- Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes
- RS3
- dritter Planetenradsatz
- SO3
- Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes
- ST3
- Planetenradträger des dritten Planetenradsatzes
- PL3
- Planetenräder des dritten Planetenradsatzes
- HO3
- Hohlrad des dritten Planetenradsatzes
- RS4
- vierter Planetenradsatz
- SO4
- Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes
- ST4
- Planetenradträger des vierten Planetenradsatzes
- PL4
- Planetenräder des vierten Planetenradsatzes
- HO4
- Hohlrad des vierten Planetenradsatzes
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005002337 A1 [0003, 0004, 0005, 0056]
- DE 102009047271 A1 [0004]
- DE 102009001253 B3 [0005]
