DE3916244C2 - Mehrgängiges, automatisch schaltbares Stufenwechselgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein mehrgängiges, automatisch schaltbares Stufenwechselge­ triebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches gattungsbildendes Getriebe ist aus der DE-OS 29 39 724 A1 bekannt.

Um das nur in engen Grenzen veränderliche Drehmoment des Antriebsmotors immer besser den stark veränderlichen Fahrwiderständen eines Kraftfahrzeugs anpassen zu können, ist man heute zunehmend bestrebt, auch bei automatisch schaltbaren Stufenwechselgetrieben eine möglichst große Gangzahl vorzusehen. Insbesondere wenn die Zahl der Getriebe­ gänge über drei oder vier hinaus vergrößert werden soll, steigt jedoch der Aufwand an Bau­ teilen und Bauraum durch die notwendige Erhöhung der Zahl der Planetensätze und/oder Planetenelemente sowie der Zahl der Schaltglieder stark an.

In diesem Zusammenhang ist aus der EP 0 040 904 A2 ein Automatikgetriebe bekannt, bei dem zwei parallel zueinander angeordnete Planetengetriebesätze in verschiedenen Ver­ schaltungsvarianten dargestellt sind. So ist dort beispielsweise dargestellt, den Planetenträ­ ger des zweiten Planetengetriebesatzes als Abtriebsglied des Automatikgetriebes zu nutzen.

Außerdem ist aus der DE-OS 24 47 581 A1 ein Planetenrad-Wechselgetriebe bekannt, bei dem alle Elemente des ersten Planetensatzes über Kupplungen mit der Antriebswelle verbindbar sind.

Schließlich zeigt die US-PS 3,486,398 ein Automatikgetriebe mit zwei parallel zueinander angeordneten Planetensätzen, bei denen alle Elemente des ersten Planetensatzes jeweils über Bremsen am Gehäuse festlegbar sind.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist darin zu sehen, ein automatisch schaltbares Stufenwechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, der im Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 genannten Bauart vorzuschlagen, bei dem mit einer möglichst geringen Zahl von Getriebeelementen und Schaltgliedern eine höchstmögliche Zahl von Getriebegängen reali­ siert werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich durch die Kombination der im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale. Durch die er­ findungsgemäße Kopplung der Planetengetriebeelemente können trotz der Verwendung nur zweier einfacher Planetensätze maximal sechs Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisiert werden, wobei einer der Vorwärtsgänge eine Übersetzung ins Schnelle (Overdrive) bietet. Bei geeigneter Wahl der Zähnezahlen der Planetengetriebeelemente kann dabei eine sinnvolle Abstufung der Übersetzungen in den einzelnen Gängen erreicht werden. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Merkmalen der Unteransprüche angegeben.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher erläutert wird. Dabei zeigen

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild des erfindungs­ gemäßen automatischen Stufenwechselgetriebes und

Fig. 2 das Schaltschema dieses Getriebes in der Aus­ führung als Sechsganggetriebe.

In der Fig. 1 der Zeichnung ist mit 1 eine von einem hier nicht gezeigten Antriebsmotor eines Kraftfahrzeuges kommende und mit diesem beispielsweise über einen hydrodynamischen Dreh­ momentwandler verbundene Antriebswelle bezeichnet, die je nach Ausführung von der einen oder anderen Seite des Getriebes her­ kommend und gegebenenfalls auch nach der entgegengesetzten Seite hin verlängert sein kann. Das Planetengetriebe besteht aus zwei einfachen, parallel zueinander angeordneten Planeten­ sätzen 2, 3, deren erster Planetensatz 2 ein Sonnenrad 11, ein Ringrad 12 und auf einem Planetenträger 14 gelagerte Pla­ netenräder 13 aufweist. Auch der zweite Planetensatz 3 besteht aus einem Sonnenrad 15, einem Ringrad 16 und einem Planeten­ räder 17 tragenden Planetenträger 18, der starr mit einem zu den Antriebsrädern führenden Abtriebsritzel 4 verbunden ist. Dieses Abtriebsritzel 4 ist hier in etwa in einer mittleren axialen Ebene zwischen den beiden Planetensätzen 2 und 3 angeordnet. Die einzelnen Elemente des ersten Planetensatzes 2, nämlich das Sonnenrad 11, das Ringrad 12 und der Planeten­ träger 14 sind jeweils über Kupplungen 5 bis 7 mit der Antriebs­ welle 1 kuppelbar oder durch Bremsen 8 bis 10, die hier als Lamellenbremsen ausgeführt sind, an dem das Planetengetriebe umgebenden Gehäuse 23 festlegbar. Die durch Kupplungen und Bremsen gebildeten Schaltglieder sind von einer hier nicht gezeigten Steuerung in Abhängigkeit von den Betriebszustand des Fahrzeugs bzw. des Antriebsmotors kennzeichnenden Zustands­ größen durch Hilfskraftbeaufschlagung, beispielsweise hydrau­ lisch, betätigbar, wobei durch unterschiedliche Beaufschlagung der einzelnen Schaltglieder unterschiedliche Übersetzungen, das heißt unterschiedliche Getriebegänge, eingelegt werden können.

Das Sonnenrad 11 des ersten Planetensatzes 2 ist mit einem nach beiden Stirnseiten hin herausragenden rohrartigen Steg 19a und 19b verbunden, an dessen in der Zeichnung linken Zweig 19a die erste, mit 5 bezeichnete Kupplung K1 zur Verbindung mit einem auf der Antriebswelle 1 gehaltenen Anschlußsteg 22 angreift. An dem in der Zeichnung rechten Zweig 19b dieses Steges, der konzentrisch innerhalb des zweiten Planetensatzes 3 hindurchgeführt ist, greift die mit 8 bezeichnete erste Bremse B1 an.

Der Anschlußsteg 22 der Antriebswelle 1 ist über eine mit 6 bezeichnete zweite Kupplung K2 mit dem in der Zeichnung nach Links zu einem Steg 20a verlängerten Planetenträger 14 des ersten Planetensatzes 2 verbindbar. Ein nach der anderen Seite des Planetensatzes verlängerter Steg 20b des Planetenträgers 14 ist im wesentlichen konzentrisch außerhalb des Steges 19b und innerhalb des Sonnenrades 15 des zweiten Planetensatzes 3 bis auf die dem ersten Planetensatz 2 abgewandte Seite des zweiten Planetensatzes 3 geführt, umgreift diesen zweiten Pla­ netensatz 3 und ist dann mit dessen Ringrad 16 starr verbunden. An diesem Verbindungssteg 20b greift die mit 9 bezeichnete zweite Bremse B2 an, die diesen ersten Verbindungs- oder Koppel­ steg 20b an dem Gehäuse 23 festlegen kann.

Das Ringrad 12 des ersten Planetensatzes 2 ist ebenfalls mit einem nach beiden Stirnseiten hin herausgeführten rohrartigen Steg versehen, dessen in der Zeichnung linker Zweig 21a einer­ seits über die mit 7 bezeichnete dritte Kupplung K3 mit dem Anschlußsteg 22 der Antriebswelle 1 verbindbar ist und anderer­ seits über die mit 10 bezeichnete dritte Bremse B3 an dem Gehäuse 23 festlegbar ist. Der andere nach der in der Zeichnung rechten Seite herausragende Zweig 21b des Steges ist als Verbindungs- oder Koppelsteg ausgeführt und verbindet das Ringrad 12 des ersten Planetensatzes 2 mit dem Sonnenrad 15 des zweiten Plane­ tensatzes 3.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, können die zur Realisie­ rung der Gangstufen erforderlichen Schaltglieder, von denen hier insgesamt sechs vorgesehen sind, jeweils zumindest paar­ weise konzentrisch übereinander angeordnet sein, um so den für das Getriebe erforderlichen Bauraum zu begrenzen. Dabei sind hier die Kupplung K1 und K2, 5, 6, und die Bremsen B1 und B2, 8, 9, sowie die Kupplung K3, 7, und die Bremse B3, 10, jeweils konzentrisch übereinander angeordnet.

Das so beschriebene Getriebe kann unter Verwendung der angege­ benen Schaltglieder insgesamt sechs Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang bereitstellen, wobei der sechste Getriebegang eine Übersetzung ins Schnelle (Overdrive) bietet. Aus der in der Fig. 2 gezeigten Tabelle ist dabei durch Eintragung eines "X" ersichtlich, welche Schaltglieder im einzelnen zur Erreichung der jeweiligen Gangstufen betätigt werden müssen. In der letzten Spalte dieser Tabelle ist auch die in den einzelnen Gangstufen erreichbare Übersetzung angegeben, wobei durchaus realistische Zähnezahlverhältnisse zwischen dem Ringrad und dem Sonnenrad des ersten bzw. zweiten Planetensatzes von 2 bzw. 1,5 zugrunde­ gelegt sind. So kann beispielsweise die Zähnezahl des Ringrades des ersten Planetensatzes ebenso wie die Zähnezahl des Ringrades des zweiten Planetensatzes mit jeweils 90 und die Zähnezahl des Sonnenrades des ersten Planetensatzes zu 45 und die des zweiten Planetensatzes zu 60 angenommen werden. Die angegebenen Übersetzungen ergeben eine sinnvolle Stufung der einzelnen Getriebegänge wobei in dem Rückwärtsgang die gleiche Übersetzung erreicht wird wie in dem ersten Getriebegang. Selbstverständlich ist es möglich, die Zähnezahlen der Getriebeelemente auch anders festzulegen, um gegebenenfalls andere Übersetzungsverhältnisse zu erreichen. Das Beispiel sollte lediglich belegen, daß eine sinnvolle Übersetzungsstufung bei dem erfindungsgemäßen nur aus zwei einfachen Planetensätzen bestehenden Planetengetriebe möglich ist.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß unter Verzicht auf die in der Tabelle der Fig. 2 angegebenen Gänge 1 und 3 oder 2 und 4 auch Vierganggetriebe erreichbar sind, bei denen dann beim Umschalten von einem Gang in einen anderen nur jeweils ein Schaltglied ein- und ein anderes ausgerückt zu werden braucht. Bei dem Sechsganggetriebe, wie es in der Fig. 2 darge­ stellt ist, sind dagegen in den ersten vier Gängen beim Um­ schalten jeweils zwei Schaltglieder aus- und zwei andere einzu­ schalten. Bei einem Vierganggetriebe, das beispielsweise aus den Gangstufen 2, 4, 5 und 6 der Tabelle nach Fig. 2 besteht, könnte dann in dessen ersten Gang anstelle der Bremse B2 auch ein Freilauf verwendet werden, der in der Fig. 1 mit unterbro­ chenen Linien angedeutet und mit dem Bezugszeichen 24 versehen ist. Die anderen Elemente des ersten Planetensatzes 2, nämlich das Sonnenrad 11 und das Ringrad 12 können dagegen nicht über einen Freilauf am Gehäuse abgestützt werden, da ihre Drehrichtung sich während der verschiedenen Gangwechsel verändert.

Insgesamt gesehen ergibt sich, daß mit dem erfindungsgemäßen Getriebe, das lediglich aus zwei einfachen Planetensätzen be­ steht, bei Verwendung von nur insgesamt sechs Schaltgliedern auch sechs verschiedene Vorwärtsgangstufen sowie eine Rückwärts­ gangstufe realisiert werden können, die zudem bei Einhaltung realistischer Zähnezahlen für die Planetengetriebeelemente auch sinnvolle Übersetzungssprünge liefern. Der gesamte für das Getriebe erforderliche Bauraum und die Zahl der Getriebe- und Schaltelemente ist dabei verhältnismäßig klein, was entscheidend für den Einsatz bei den in heutigen Kraftfahrzeugen besonders beengten Raumverhältnissen ist. Die einzelnen Gang­ stufen werden dabei durch unterschiedliche Beaufschlagung der einzelnen Schaltglieder erreicht, wobei in den einzelnen Gang­ stufen nur jeweils zwei Schaltglieder eingerückt sind. Neben einem äußerst kleinen Bauaufwand bleibt also auch der für die Betätigung der Schaltglieder erforderliche Steuerungsaufwand klein.

Claims (6)

1. Mehrgängiges, automatisch schaltbares Stufenwechselgetriebe, insbesondere für Kraft­ fahrzeuge, mit einem in einem Gehäuse angeordneten, einerseits mit einer von einem Antriebsmotor kommenden Antriebswelle und andererseits mit einem zu angetriebenen Rädern führenden Abtriebsritzel verbundenen Planetengetriebe und mit den einzelnen Elementen des Planetengetriebes zugeordneten, aus Kupplungen und Bremsen beste­ henden, mit Hilfskraft beaufschlagbaren Schaltgliedern, wobei das Planetengetriebe aus zwei parallel zueinander angeordneten einfachen Planetensätzen (2; 3) mit jeweils einem Sonnenrad (11; 15), einem Ringrad (12; 16) und zwischen diesen angeordneten, auf ei­ nem Planetenträger (14; 18) gelagerten Planetenrädern (13; 17) besteht, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

• - der Planetenträger (14) des ersten Planetensatzes (2) ist mit dem Ringrad (16) des zweiten Planetensatzes (3) starr verbunden;
• - das Ringrad (12) des ersten Planetensatzes (2) ist mit dem Sonnenrad (15) des zweiten Planetensatzes (3) starr verbunden;
• - der Planetenträger (18) des zweiten Planetensatzes (3) ist mit dem Abtriebsritzel (4) starr verbunden;
• - die Elemente (Sonnenrad 11, Ringrad 12 und Planetenträger 14) des ersten Planetensatzes (2) sind jeweils über Kupplungen (5, 6, 7) mit der Antriebswelle (1) verbindbar;
• - die Elemente (Sonnenrad 11, Ringrad 12 und Planetenträger 14) des ersten Planetensatzes (2) sind jeweils über Bremsen (8, 9,10) am Gehäuse (23) festlegbar.

2. Stufenwechselgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (Sonnenrad 11, Ringrad 12 und Planeten­ träger 14) des ersten Planetensatzes (2) jeweils mit einem rohrartigen Steg (19a, 19b; 20a, 20b; 21a, 21b) verbunden sind, der einerseits über eine Kupplung (5; 6; 7) mit der Antriebswelle (1) verbindbar und andererseits über eine Bremse (8; 9; 10) an dem Gehäuse (23) abstützbar ist.

3. Stufenwechselgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Planetenträger (14) des ersten Planeten­ satzes (2) mit dem Ringrad (16) des zweiten Planetensatzes (3) über einen ersten Verbindungssteg (20b) und das Ringrad (12) des ersten Planetensatzes (2) mit dem Sonnenrad (15) des zweiten Planetensatzes (3) über einen zweiten Verbindungssteg (21b) verbunden ist, wobei der zweite Verbindungssteg (21b) zumindest teilweise konzentrisch über dem ersten Ver­ bindungssteg (20b) angeordnet ist.

4. Stufenwechselgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der erste Verbindungssteg (20b) um den zweiten Planetensatz (3) herumgreifend angeordnet und über eine Bremse (9) an dem Gehäuse (23) abstützbar ist.

5. Stufenwechselgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (11) des ersten Planetensatzes (2) mit einem nach beiden Seiten hin hervor­ ragenden rohrartigen Steg (19a, 19b) verbunden ist, dessen einer Zweig (19a) über eine Kupplung (5) mit der Antriebs­ welle (1) verbindbar ist und dessen anderer, im wesentlichen konzentrisch innerhalb des ersten Verbindungssteges (20b) verlaufender Zweig (19b) über eine Bremse (8) an dem Gehäu­ se (23) abstützbar ist.

6. Stufenwechselgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Gruppe von je­ weils zwei konzentrisch übereinander angeordneten Schalt­ gliedern (5, 6; 8, 9; 7, 10) vorgesehen ist.