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Die Erfindung bezieht sich auf ein
Umlaufrädergetriebe
für ein
automatisch schaltendes Kraftfahrzeuggetriebe nach dem Oberbegriff
des Hauptanspruchs.
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In Kraftfahrzeugen werden vermehrt
Automatikgetriebe mit fünf
Vorwärtsgängen eingesetzt. Diese
Getriebe weisen in der überwiegenden
Anzahl drei Planetenradsätze
auf, deren Getriebestufungen zum Teil erheblich von den gewünschten
Gangübersetzungen
abweichen. Aus Verbrauchsgründen
und Gründen
der Umweltverträglichkeit
wären Sechsganggetriebe
erwünscht.
Sie sollten mit möglichst wenig
Bauteilen die aus der Fahrleistung berechneten Getriebestufungen
ziemlich genau einhalten.
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In Frage könnten hierfür Gruppengetriebe in Form der
Hintereinanderschaltung von zwei Getrieben kommen. Bei einem Gangwechsel
in solchen Getrieben müssten
aber sowohl im ersten Getriebe als auch im zweiten Getriebe entsprechende
Schaltelemente betätigt
werden, was zu Gruppenschaltungen führt. Gruppenschaltungen bedeuten
mehrfache Überschneidungsschaltungen,
das heißt
während
eines Schaltvorganges müssen
mehrere Kupplungen und Bremsen geöffnet und geschlossen werden.
Im Hinblick darauf, dass bei Automatikgetrieben der Gangwechsel
unter Last geschieht, sind derartige Schaltvorgänge bezüglich Schaltqualität und Schaltkomfort
zur Zeit für
Pkw-Getriebe nicht beherrschbar.
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Aus der Literatur, Nitescu, G.; Heidemeier
P.: Planetengetriebe für
Kraftfahrzeuge. Antriebstechnik 25 (1986), Nr. 3, S. 67–73 ist
in der 7 auf Seite 71
ein Umlaufrädergetriebe
bekannt mit drei aneinander gekoppelten Planetensätzen. Das
Getriebe lässt
sich in vier Vorwärtsgänge und
in einen Rückwärtsgang
schalten. Hierzu bildet das Sonnenrad des ersten Planetensatzes
mit dem Sonnenrad des zweiten Planetensatzes eine feste Einheit,
während das
Hohlrad des ersten Planetensatzes fest mit den Stegen des zweiten
und dritten Planetensatzes verbunden ist.
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Einen ähnlichen Aufbau zeigt die
EP 0 418 426 A1 .
Hier sind wiederum die Sonnenräder
des ersten und zweiten Planetensatzes miteinander verbunden. Ebenso
bilden das Hohlrad des ersten Planetensatzes mit den Stegen des
zweiten und dritten Planetensatzes einen festen Verbund. Das Getriebe ist
hier als Fünfgang-Getriebe
ausgelegt.
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Ein weiteres Fünfgang-Getriebe lässt sich aus
der
EP 0 370 638 A2 entnehmen.
Die Besonderheit hier besteht darin, dass der Steg des ersten Planetensatzes
durch eine Bremse im Gehäuse
festlegbar und durch eine Kupplung mit der Eingangswelle koppelbar
ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein
Umlaufrädergetriebe
für ein
Kraftfahrzeuggetriebe mit drei Radsätzen vorzusehen, bei dem während eines Gangwechsels
(ausgenommen Rückwärtsgang) mehrfache Überschneidungsschaltungen
ausgeschlossen werden. Dabei sollte das Getriebe mit möglichst
wenig Schaltelementen sechs Vorwärtsgänge enthalten.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die erfindungsgemäße Lösung erreicht mit drei Planetenradsätzen und
den dazugehörigen Schaltmitteln
(getriebeinterne Kupplungen und Bremsen) Übersetzungen, die weitgehend
den aus der Fahrleistung des jeweiligen Fahrzeuges berechneten Getriebestufungen
entsprechen. Dabei sind bei jedem Gangwechsel in den Vorwärtsgängen immer
nur zwei Schaltelemente beteiligt, so dass die unerwünschten
mehrfachen Überschneidungsschaltungen
nicht auftreten. Die erfindungsgemäße Getriebestruktur erlaubt
Radsätze
mit negativen Standübersetzungen,
die sich in einer Ebene bauen lassen und von allen möglichen
Planetengetrieben die wenigsten Bauelemente benötigen. Das führt auch
zu einer gewünschten
Gewichtsreduzierung und erhöht außerdem die
Zuverlässigkeit.
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Als weiterer Vorteil ergeben sich
gute Umlaufwirkungsgrade, die wiederum einen vorteilhaft guten Gesamtwirkungsgrad
bestimmen. Des Weiteren sind bei derartigen Getrieben niedrige Relativdrehzahlen
in den Kupplungen und Bremsen möglich mit
der Folge einer guten Verschleißbeständigkeit.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
mit der dazugehörigen
Zeichnung. Dabei sind in der Zeichnung dargestellt in
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1 die
innere Struktur eines Getriebes, dargestellt in der sogenannten
Wolfssymbolik,
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2 der
schematische Aufbau eines Getriebes mit einer Getriebestruktur nach 1,
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3 ein
Schaltschema für
das in sechs Vorwärtsgängen und
einen Rückwärtsgang
schaltbare Getriebe nach 2,
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4 u. 5 der schematische Aufbau einer zweiten
Getriebestruktur mit dem dazugehörenden Schaltschema
und
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6 u. 7 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebestruktur
und dem dazugehörigen
Schaltschema.
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Nach 1 stehen
drei Kreise symbolisch für
drei aneinander gekoppelte Planetensätze P1, P2, P3. Jeder der Planetensätze P1,
P2 und P3 weist in üblicher
Weise ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg auf, der die mit
dem Sonnenrad und Hohlrad kämmenden
Planetenräder
miteinanderverbindet. Die Darstellung nach 1 entspricht der Wolfssymbolik, wie sie
beispielsweise in dem Buch „die Umlaufgetriebe",
Herbert Müller,
Springer-Verlag, 1971,
Seite 55 ff. enthalten ist.
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Die Getriebeteile der einzelnen Planetensätze P1,
P2 und P3 – also
die Sonnen- und Hohlräder sowie
die Stege – sind
teilweise fest miteinander verbunden; nach 1 ist entsprechend das mit 1 bezeichnete
Sonnenrad des ersten Planetensatzes P1 mit dem mit 2 bezeichneten
Sonnenrad des zweiten Planetensatzes P2 verbunden. Des Weiteren
stehen der Steg 3 des zweiten Planetensatzes P2, der Steg 4 des
dritten Planetensatzes P3 und das Hohlrad 5 des ersten
Planetensatzes P1 in einem festen Verbund zueinander. Der Vollständigkeit
halber sei noch erwähnt,
dass in 1 mit 6 der
Steg des ersten Planetensatzes P1, mit 7 das Hohlrad des
zweiten Planetensatzes P2, mit 8 das Sonnenrad und mit 9 das Hohlrad
des dritten Planetensatzes P3 bezeichnet sind.
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Die Getriebestruktur nach 1 ist in dem in 2 dargestellten Umlaufrädergetriebe
verwirklicht. Es ist hier eine Eingangswelle 10 erkennbar,
die das Antriebsmoment eines nicht weiter dargestellten Antriebsaggregats,
zum Beispiel einer Brennkraftmaschine in das Getriebe einleitet.
Die Weiterleitung des gewandelten Drehmoments zu den ebenfalls nicht dargestellten
Fahrzeugrädern übernimmt
eine Abtriebswelle 11.
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In 2 sind
wieder die drei Planetensätze P1,
P2 und P3 erkennbar. Wie ersichtlich, sind sie in der Zeichnungsebene
in einer Reihe von links nach rechts angeordnet, beginnend mit P1,
dann P2 und schließlich
P3. Des Weiteren sind die Getriebebauteile entsprechend denen nach 1 mit den gleichen Zahlen
belegt, allerdings unter Hinzufügung
eines kleinen „a".
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Die Naben der Sonnenräder 1a und 2a des ersten
und zweiten Planetensatzes P1 und P2 sind als Hohlwellen ausgeführt und über eine
ebenfalls hohle Verbindungswelle 12 als eine Einheit ausgelegt.
Die Eingangswelle 10 erstreckt sich durch die hohlen Naben
der Sonnenräder 1a und 2a und
ist an ihrem austretenden Ende drehfest mit dem Sonnenrad 8a des
dritten Planetensatzes P3 verbunden. Des Weiteren weist die Eingangswelle
zwischen den Sonnenrädern 2a und 8a eine
Kupplung B auf. Über
die Kupplung B lässt
sich das Hohlrad 7a des zweiten Planetensatzes P2 mit der
Eingangswelle 10 koppeln. Hierfür weist das Hohlrad 7a eine
Verlängerung 13 zur
Kupplung B hin auf.
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Auf der anderen Seite des Getriebes,
also bevor die Eingangswelle 10 in die Hohlnabe des Sonnenrades 1a eintritt,
ist an ihr eine weitere Kupplung A angeordnet. Der Steg 6a des
ersten Planetensatzes P1 lässt
sich ebenfalls über
Verbindungsglieder, die aber nicht weiter bezeichnet sind, über die
Kupplung A mit der Eingangswelle 10 koppeln. Darüber hinaus
ist dem Steg 7a eine Bremse E zugeordnet, über die
er sich gegenüber
dem schematisch angedeuteten Getriebegehäuse 14 stillsetzen
lässt.
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Ein Zwischenelement 15 verbindet
das Hohlrad 5a des ersten Planetensatzes P1 mit dem Steg 3a des
zweiten Planetensatzes P2. Hierfür
ist das Zwischenelement 15 teilweise als Verbindungswelle 16 ausgeführt, die
durch die hohlen Naben der Sonnenräder 1a und 2a verläuft. In
den Sonnenrädern 1a und 2a sind
demnach konzentrisch zueinander und zu den Hohlnaben die Verbindungswelle 16 und
die Eingangswelle 10 gelagert. Die Verbindungswelle 16 tritt
zwischen dem zweiten und dritten Planetensatz P2 und P3 und vor
der Kupplung B aus der Nabe des Sonnenrades 2a aus. An
ihr ist ein weiteres Verbindungselement zum Steg 3a befestigt.
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Auf der anderen Seite des Planetensatzes P2,
also zwischen P1 und P2 verläuft
der Steg 3a nach oben geführt zu einem weiteren Zwischenelement 17.
Das Zwischenelement 17 verbindet den Steg 4a des
dritten Planetensatzes P3 mit dem Steg 3a des Planetensatzes
P2. Auch dieser Steg 4a tritt an der gegenüberliegenden
Seite des Planetensatzes P3 aus und führt über eine weiteres Zwischenstück 18 zu
einer Kupplung C, die der Abtriebswelle 11 zugeordnet ist.
Die Kupplung C ermöglicht
demnach eine drehfeste Verbindung zwischen der Abtriebswelle 11,
dem Steg 4a, dem Steg 3a und dem Hohlrad 5a.
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Unmittelbar benachbart der Kupplung
C weist die Abtriebswelle 11 eine weitere Kupplung D auf. Über diese
Kupplung D lässt
sich das Hohlrad 9a des dritten Planetensatzes P3 mit der
Abtriebswelle 11 drehfest koppeln.
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Schließlich liegt neben der Bremse
E eine zweite Bremse F zwischen dem ersten und zweiten Planetensatz
P1 und P2. Zu dieser Bremse F führt ein
Verlängerungselement 19 der
Verbindungswelle 12 von Sonnenrad 1a und 2a. Über die
Bremse F lassen sich die Sonnenräder 1a und 2a gegenüber dem Getriebegehäuse abbremsen
bzw. stillsetzen.
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Das Schaltschema nach 3 zeigt in einer Matrixdarstellung
die einzelnen Schaltelemente (Kupplungen und Bremsen) und ihren
jeweiligen Schaltzustand bei den einzelnen eingelegten Gängen. Der
mit „x"
gekennzeichnete Zustand stellt dabei eine geschlossene Kupplung
bzw. betätigte
Bremse dar.
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So sind beispielsweise beim ersten
Gang die Kupplungen B und D geschlossen, sowie die Bremse E betätigt. Demnach
ist das Hohlrad 7a des zweiten Planetensatzes P2 drehfest
mit der Eingangswelle 10 gekoppelt und in gleicher Weise
das Hohlrad 9a des dritten Planetensatzes P3 mit der Abtriebswelle 11.
Durch die betätigte
Bremse E steht der Steg 6a des ersten Planetensatzes P1
still.
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In entsprechender Weise sind die
weiteren Gänge 2 bis 6 durch
das Aktivieren bzw. Deaktivieren der einzelnen Schaltelemente schaltbar.
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Aus diesem Schaltschema und ebenso
aus den – weiter
unten noch zu erwähnenden – Schaltschemen
nach den 5 und 7 geht eindeutig hervor,
dass bei einem Wechsel eines Vorwärtsganges nie mehr als zwei
Schaltelemente (Kupplungen oder Bremsen) beteiligt sind. So öffnet nach 3 bei einem Schalten vom
ersten Gang in den zweiten Gang lediglich die Kupplung D während die
Kupplung C schließt.
In entsprechender Weise öffnet
zum Beispiel beim Schalten vom fünften
in den sechsten Gang die Kupplung C und die Kupplung D schließt. Lediglich
für das
Schalten in den Rückwärtsgang
sind mehrere Schaltwechsel erforderlich, was aber ohne Belang ist,
da hier der Kraftfluss ohnehin unterbrochen wird.
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Die Getriebestruktur nach 4, die ein zweites Ausführungsbeispiel
darstellt ähnelt
sich in weiten Teilen der nach 2.
Soweit die Getriebeteile 1 bis 9 übereinstimmen,
sind für
sie dieselben Bezugsziffern eingesetzt, allerdings hier mit der
Hinzufügung
des Kleinbuchstaben „b".
Außerdem
treten an Stelle der Kupplungen C und D die Kupplungen G und H.
Um Wiederholungen zu vermeiden, werden nachfolgend nur noch die
Unterschiede im Hinblick auf 2 näher beschrieben.
Im wesentlichen sind die Änderungen
auf den Planetensatz P3 beschränkt.
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Das Hohlrad 9b ist nicht
wie nach 2 über eine
Kupplung mit der Abtriebswelle 11 koppelbar, sondern mit
dieser fest verbunden. Das Sonnenrad 8b weist an seinen
beiden Seiten je ein Zwischenglied 20, 21 auf,
von denen das eine (20) zu der Kupplung G und das andere
(21) zu der Kupplung N führt. Die Kupplung G ist der
Eingangswelle 10 zugeordnet, während die Kupplung H mit der
Abtriebswelle 11 zusammenwirkt. Das Sonnenrad 9b lässt sich demnach
wahlweise drehfest mit der Eingangswelle 10 oder mit der
Abtriebswelle 11 verbinden.
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In entsprechender Weise sieht der
Steg 4b des dritten Planetensatzes keine Verlängerung
vor und ist demnach auch nicht über
eine Kupplung mit der Abtriebswelle 11 koppelbar.
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Was das Schaltschema nach 5 betrifft, so gilt sinngemäß das zum
Schaltschema nach 3 Gesagte.
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Die Getriebestruktur nach 6 ähnelt wiederum in starkem Maße der nach 2, jedoch besteht ein deutlicher
Unterschied in der Reihenfolge der Planetensätze P1 bis P3. In dieser Ausführungsform
liegt der zweite Planetensatz P2 ganz links. Ihm folgt P1 und dann
P3. Entsprechend sind die Verbindungsglieder zu den Kupplungen und
Bremsen insbesondere der Planetensätze P2 und P1 in abweichender
Form gegenüber
der nach 2 ausgeführt. Die
Anbindung des Planetensatzes P3 an die Abtriebswelle 11 geschieht
jedoch wiederum in der in 2 gezeigten
Art. Die Getriebeteile 1 bis 9 tragen in dieser
Figur den Kleinbuchstaben „c"
als Ergänzung.
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Gegenüber den bisherigen Ausführungsbeispielen
enthält
diese Getriebestruktur jedoch drei Bremsen M, N und O. Die Bremse
M dient dabei ähnlich
der Bremse E nach 2 und 4 zum Festsetzen des Steges 6c des
ersten Planetensatzes P1. Ebenso lässt sich dieser Steg 6c über eine
Kupplung 1 drehfest mit der Eingangswelle 10 verbinden.
Die Bremse N nach 6 entspricht
der Bremse F nach den 2 und 4. Durch die vertauschten
Reihenfolgen der Planetensätze
verläuft
hier allerdings ein Zwischenelement 19' nicht mehr zwischen
P1 und P2, sondern zwischen P1 und P3.
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Mit einer dritten Bremse O, die in
dieser Form in den 2 und 4 nicht vorhanden ist, lässt sich
zusätzlich
der feste Verbund aus Hohlrad 5c des ersten Planetensatzes
P1, Steg 3c des zweiten Planetensatzes P2 und Steg 4c des
dritten Planetensatzes P3 am Getriebegehäuse 14 stillsetzen.
Die Kupplungen K und L, die der Abtriebswelle 11 zugeordnet sind,
entsprechen wiederum in ihrer Funktion den Kupplungen C und D nach 2.
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Das Schaltschema nach 7 gibt in der bereits bekannten
Weise die Schaltzustände
der einzelnen Bremsen und Kupplungen an. Hier ist, wie bereits zu 3 ausgeführt, bei einem Gangwechsel
lediglich das Betätigen
von zwei Schaltelementen notwendig, so dass die lästigen Gruppenschaltungen nicht
auftreten. Im übrigen
gilt hierfür
in vergleichbarer Weise das zu dem Schaltschema nach 3 Gesagte.