EP2841813A1 - Mehrstufengetriebe - Google Patents

Mehrstufengetriebe

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Publication number
EP2841813A1
EP2841813A1 EP13711863.4A EP13711863A EP2841813A1 EP 2841813 A1 EP2841813 A1 EP 2841813A1 EP 13711863 A EP13711863 A EP 13711863A EP 2841813 A1 EP2841813 A1 EP 2841813A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
planetary gear
gear set
shaft
brake
clutch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13711863.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Beck
Christian Sibla
Wolfgang Rieger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP2841813A1 publication Critical patent/EP2841813A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/62—Gearings having three or more central gears
    • F16H3/66—Gearings having three or more central gears composed of a number of gear trains without drive passing from one train to another
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H2003/445—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion without permanent connection between the input and the set of orbital gears
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    • F16H2200/2046—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the engaging friction means not of the freewheel type, e.g. friction clutches or brakes with six engaging means
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    • F16H2200/2094—Transmissions using gears with orbital motion using positive clutches, e.g. dog clutches

Definitions

  • the present invention relates to a planetary gear multi-speed transmission, in particular an automatic transmission for a motor vehicle, according to the preamble of patent claim 1.
  • Automatic transmissions particularly for motor vehicles, include, according to the prior art, planetary gear sets that are switched by means of friction elements, such as clutches and brakes, and usually with a slipping action and optionally a lockup clutch, such as a hydrodynamic torque converter or a fluid coupling connected.
  • friction elements such as clutches and brakes
  • lockup clutch such as a hydrodynamic torque converter or a fluid coupling connected.
  • Such an automatic transmission is known for example from DE 199 12 480 B4 of the Applicant. It comprises three single planetary gear sets and three brakes and two clutches for shifting six forward gears and one reverse gear, a drive shaft and an output shaft, wherein the web of the first planetary gear set with the ring gear of the second planetary gear set and the bridge of the second planetary gear set with the ring gear of the third Planetenradsatzes is constantly connected and the drive shaft is connected directly to the sun gear of the second planetary gear set.
  • the drive shaft via the first clutch to the sun gear of the first planetary gear and the second clutch to the web of the first planetary gear set is connectable, wherein the sun gear of the first planetary gear set via the first brake with a housing of the transmission is connectable and the web of the first planetary gear set via the second brake to the housing of the transmission is connectable, wherein the sun gear of the third planetary gear set via the third brake to the housing of the transmission is connectable.
  • the output shaft of the transmission is permanently connected to the web of the third planetary gear set and the ring gear of the first planetary gear set.
  • a 9-speed multi-speed transmission known; it comprises eight switching elements and four planetary gear sets, one planetary gear set serving as a primary gear and the main gear has a Simpson set and another serving as a reverse gear planetary gear.
  • a multi-speed planetary gear transmission which has a drive and an output, which are arranged in a housing.
  • the known transmission at least four planetary gear sets, hereinafter referred to as the first, second, third and fourth planetary gear set, at least eight rotatable shafts - hereinafter as drive shaft, output shaft, third, fourth, fifth, sixth, seventh and eighth shaft
  • the selective intervention causes different ratios between the drive and the output, so that preferably nine forward gears and one reverse gear can be realized.
  • the first and the second planetary gear set which are preferably designed as negative planetary gear sets, that is to say with a negative stationary gear ratio, form a shiftable transfer gearset, the third and the fourth planetary gear set forming a main gearset.
  • the webs of the first and the second planetary gear sets are coupled to one another via the fourth shaft.
  • pelt are connected to an element of the main gearset that the ring gear of the first planetary gear set is coupled to the sun gear of the second planetary gear via the eighth shaft, which is releasably connectable via a first clutch to the drive shaft and that the sun gear of the first planetary gear set the third shaft via a first brake to a housing of the transmission is coupled and releasably connectable via a second clutch to the drive shaft, wherein the ring gear of the second planetary gear by means of the fifth shaft via a second brake to a housing of the transmission can be coupled.
  • the seventh shaft with at least one element of the main gearset is constantly connected and coupled via a third brake to the housing of the transmission
  • the sixth shaft is continuously connected to at least one further element of the main gear and releasably connected via a third clutch to the drive shaft
  • the output shaft is permanently connected to at least one further element of the main gearset.
  • the fourth shaft is constantly connected to the ring gear of the third planetary gear set, wherein the sixth shaft is continuously connected to the ring gear of the fourth planetary gear set and the web of the third planetary gear and releasably connectable via the third clutch to the drive shaft.
  • the seventh shaft is constantly connected to the sun gears of the third and fourth planetary gear set and can be coupled via the third brake to a housing of the transmission. The output takes place here via the output shaft permanently connected to the web of the fourth planetary gear set.
  • the third and the fourth planetary gear set may be combined or reduced to form a Ravigneaux set having a common web and a common ring gear.
  • the switching elements of such executed multi-speed transmission which are usually designed as multi-plate clutches or brakes, actuated hydraulically, which leads disadvantageously to high hydraulic losses.
  • the use of demand-actuated switching elements would be particularly advantageous. Under demand actuated switching elements can be understood in particular switching elements to consume the circuit state, so open or closed consume no or less energy than to change the circuit state.
  • the switching elements in particular the clutches should be easily accessible from the outside.
  • the present invention has for its object to propose a multi-speed transmission of the type mentioned, which has nine forward gears and one reverse gear with sufficient translation, in which the construction cost, component load and size are optimized and also the efficiency is improved. Furthermore, the switching elements of the transmission should be easily accessible from the outside, whereby the installation of demand-actuated switching elements is made possible. In addition, the transmission should be suitable for both a standard and a front-transverse construction.
  • a multi-speed transmission which has a drive and an output, which are arranged in a housing. Furthermore, at least four planetary gear sets, hereinafter referred to as the first, second, third and fourth planetary gear set, eight rotatable shafts - hereinafter referred to as drive shaft, output shaft, third, fourth, fifth, sixth, seventh and eighth shaft - and six preferably as a lamellae switching elements or designed as a form-locking switching elements switching elements comprising brakes and clutches provided whose selective intervention causes different ratios between the drive and the output, so that preferably nine forward gears and one reverse gear can be realized.
  • the planetary gear sets of the transmission are preferably designed as negative planetary gear sets.
  • the ring gear at a fixed web on a sun gear opposite direction of rotation.
  • a simple plus planetary gear includes a sun gear, a ring gear and a web on which inner and outer planetary gears are rotatably mounted, wherein all inner planetary gears mesh with the sun gear and all outer planetary gears with the ring gear, each inner planetary gear each having an outer Planet wheel meshes.
  • the ring gear has the same direction of rotation when the web is held on as the sun gear and there is a positive stationary gear ratio.
  • the sun gear of the first planetary gear set is connected to the eighth shaft, which is connected to the sun gear of the second planetary gear set and via a third clutch to the drive shaft is releasably connectable, wherein the drive shaft via a first clutch to the fourth shaft is detachably connectable , which is connected to the ring gear of the first planetary gear set and can be coupled via a second brake to the housing. Further, the drive shaft via a second clutch with the connected to the web of the second planetary gear set and the ring gear of the third planetary gear set seventh shaft is detachably connectable.
  • the sixth shaft is connected to the ring gear of the second planetary gear set and the bridge of the fourth planetary gear set, wherein the third shaft is connected to the sun gear of the third planetary gear set and can be coupled to the housing via a first brake.
  • the fifth shaft is connected to the web of the first planetary gear set and the sun gear of the fourth planetary gear set and coupled via a third brake to the housing, wherein the output shaft of the transmission with the web of the third planetary gear set and the ring gear of the fourth planetary gear set is connected.
  • switching elements of the transmission u.a. be designed as hydraulically actuated switching elements.
  • the construction cost is significantly reduced with the multi-stage transmission according to the invention by a small number of switching elements.
  • a switching element which is actuated in the first forward gear and in reverse is suitable.
  • the transmission according to the invention is designed such that an adaptability to different drive train configurations is made possible both in the power flow direction as well as in space.
  • Figure 1 is a schematic view of a preferred embodiment of a multi-speed transmission according to the invention.
  • FIG. 2 shows an exemplary circuit diagram for a multistage transmission according to FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a multi-speed transmission according to the invention with a drive shaft 1, an output shaft 2 and four planetary gear sets P1, P2, P3 and P4, which are arranged in a housing G.
  • the planetary gear sets P1, P2, P3, P4 are formed in the example shown in Figure 1 as negative planetary gear sets.
  • at least one of the planetary gear sets P1, P2, P3, P4 can be designed as a positive planetary gear set, if at the same time the web and Hohlradanulation exchanged and the amount of the stationary gear ratio is increased by 1 compared to the design as a minus planetary gear.
  • the planetary gear sets P1, P2, P3, P4 axially arranged in the order of the first planetary gear set P1, second planetary gear set P2, third planetary gear set P3, fourth planetary gear set P4.
  • the axial order of the individual planetary gear sets and the arrangement of the switching elements are freely selectable, as long as it allows the binding of the elements.
  • switching elements namely three brakes 03, 04, 05 and three clutches 14, 17, 18 are provided.
  • the spatial arrangement tion of the switching elements can be arbitrary and is limited only by the dimensions and the outer shape.
  • the clutches and the brakes of the transmission are preferably designed as Reibschaltemia or lamellar switching elements, but can also be designed as a form-locking switching elements.
  • the multi-speed transmission according to the invention has a total of eight rotatable shafts, namely the waves 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 and 8, wherein the drive shaft, the first shaft 1 and the output shaft form the second shaft 2 of the transmission.
  • the sun gear of the first planetary gear set P1 is connected to the eighth shaft 8, which is connected to the sun gear of the second planetary gear set P2 and via a third clutch 18 to the drive shaft 1 is releasably connectable, wherein the drive shaft 1 via a first clutch 14 to the fourth shaft 4 is releasably connectable, which is connected to the ring gear of the first planetary gear set P1 and via a second brake 04 to the housing G can be coupled.
  • the sixth shaft 6 is connected to the ring gear of the second planetary gear set P 2 and the bridge of the fourth planetary gear set P 4, wherein the third shaft 3 is connected to the sun gear of the third planetary gear set P 3 and can be coupled to the housing G via a first brake 03 is.
  • the fifth shaft 5 is connected to the web of the first planetary gear P1 and the sun gear of the fourth planetary gear set P4 and coupled via a third brake 05 to the housing G, the output shaft 2 of the transmission with the web of the third planetary gear P3 and the ring gear of fourth planetary gear set P4 is connected.
  • the first, second and third clutches 14, 17, 18 can be arranged axially next to one another and designed as lamellar switching elements and have a common outer lamella carrier.
  • the first brake 03 is suitable for execution as a claw switching element, whereby the consumption is significantly improved.
  • FIG. 2 shows an exemplary circuit diagram of a multistage transmission according to FIG. For each gear three switching elements are closed.
  • the shift scheme the respective ratios of the individual gear ratios i and the resulting gear steps or increments ⁇ to the next higher gear are exemplified, the value of 9.001 represents the spread of the transmission.
  • the values for the stationary gear ratios of the planetary gear sets P1, P2, P3, P4 designed as minus planetary gear sets are respectively -1, 600, -3.900, -2.965 and -2.385 in the example shown. From Figure 2 it is seen that in sequential switching mode only one switching element switched on and a switching element must be switched off because two adjacent gear stages use two switching elements together. Further, it will be seen that a large spread is achieved with small gear jumps.
  • the first forward gear is obtained by closing the first and third brakes 03, 05 and the third clutch 18, the second forward gear by closing the first and second brakes 03, 04 and the third clutch 18, the third forward gear by Closing the first brake 03 and the first and third clutches 14, 18, the fourth forward gear by closing the first brake 03 and the second and third clutches 17, 18, the fifth forward gear in the example shown executed by direct closing by closing the first, second and third clutches 14, 17, 18, the sixth forward gear by closing the second brake 04 and the second and third clutches 17, 18, the seventh forward gear by closing the third brake 05 and the second and third Clutch 17, 18, the eighth forward gear by closing the second and third brakes 04, 05 and the second clutch 17 and the ninth forward speed is obtained by closing the third Bre mse 05 and the first and second coupling 14, 17, wherein the Reverse by closing the first and third brakes 03, 05 and the first clutch 14 results.
  • the fourth forward gear can be switched by further switching combinations, which are designated in Figure 2 with M. Accordingly, the fourth forward speed can be achieved by closing the first and second brakes 03, 04 and the second clutch 17 or by closing the first brake 03 and the first and second clutches 14, 17 or by closing the first and third brakes 03, 05 and the second coupling 17 result.
  • an axle differential and / or a distributor differential can be arranged on the drive side or on the output side.
  • the drive shaft 1 can be separated by a coupling element of a drive motor as needed, as a coupling element, a hydrodynamic converter, a hydraulic clutch, a dry starting clutch, a wet starting clutch, a magnetic powder clutch or a centrifugal clutch or the like can be used. It is also possible to arrange such a starting element in the power flow direction behind the transmission, in which case the drive shaft 1 is constantly connected to the crankshaft of the drive motor.
  • the multistage transmission according to the invention also allows the arrangement of a torsional vibration damper between the drive motor and transmission.
  • a wear-free brake such. a hydraulic or electric retarder or the like, be arranged, which is particularly important for use in commercial vehicles of particular importance.
  • a power take-off may be provided to drive additional units on each shaft, preferably on the drive shaft 1 or the output shaft 2.
  • the friction shift elements used can be designed as power shift clutches or brakes.
  • non-positive clutches or brakes such as e.g. Multi-plate clutches, band brakes and / or cone clutches are used.
  • Another advantage of the multistage transmission presented here is that an electric machine can be mounted on each shaft as a generator and / or as an additional drive machine.

Abstract

Das Mehrstufengetriebe umfasst vier Planetenradsätze (P1, P2, P3, P4), acht drehbare Wellen (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) und sechs Schaltelemente (03, 04, 05, 14, 17, 8), wobei das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes (P1) mit der achten Welle (8) verbunden ist, die mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbunden ist und über eine dritte Kupplung (18) mit der Antriebswelle (1) verbindbar ist, wobei die Antriebswelle (1) über eine erste Kupplung (14) mit der vierten Welle (4) verbindbar ist, welche mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (P1) verbunden und über eine zweite Bremse (04) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist, wobei die Antriebswelle (1) über eine zweite Kupplung (17) mit der mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes (P2) und dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes (P3) verbundenen siebten Welle (7) verbindbar ist, wobei die sechste Welle (6) mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (P2) und dem Steg des vierten Planetenradsatzes (P4) verbunden ist und die dritte Welle (3) mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes (P3) verbunden und über eine erste Bremse (03) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist, wobei die fünfte Welle (5) mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes (P1) und dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes (P4) verbunden und über eine dritte Bremse (05) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist und wobei die Abtriebswelle (2) mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes (P3) und dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes (P4) verbunden ist.

Description

Mehrstufenqetriebe
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere ein Automatgetriebe für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .
Automatgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, umfassen nach dem Stand der Technik Planetenradsätze, 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.
Ein derartiges Automatgetriebe ist beispielsweise aus der DE 199 12 480 B4 der Anmelderin bekannt. Es umfasst drei Einsteg-Planetenradsätze sowie drei Bremsen und zwei Kupplungen zum Schalten von sechs Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang, eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle, wobei der Steg des ersten Planetenradsatzes mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes und der Steg des zweiten Planetenradsatzes mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes ständig verbunden ist und die Antriebswelle direkt mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist.
Ferner ist bei dem bekannten Getriebe vorgesehen, dass die Antriebswelle über die erste Kupplung mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes und über die zweite Kupplung mit dem Steg des ersten Planetensatzes verbindbar ist, wobei das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes über die erste Bremse mit einem Gehäuse des Getriebes verbindbar ist und der Steg des ersten Planetenradsatzes über die zweite Bremse mit dem Gehäuse des Getriebes verbindbar ist, wobei das Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes über die dritte Bremse mit dem Gehäuse des Getriebes verbindbar ist. Die Abtriebswelle des Getriebes ist mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes und dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes ständig verbunden. Ferner ist aus der DE 29 36 969 A1 ein 9-Gang-Mehrstufengetriebe bekannt; es umfasst acht Schaltelemente und vier Planetenradsätze, wobei ein Planetenradsatz als Vorschaltgetriebe dient und das Hauptgetriebe einen Simpson-Satz und einen weiteren als Umkehrgetriebe dienenden Planetenradsatz aufweist.
Weitere Mehrstufengetriebe sind beispielsweise aus der
DE 10 2005 010 210 A1 und der DE 10 2006 006 637 A1 der Anmelderin bekannt.
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 einen geringen Bauaufwand, insbesondere eine geringe Anzahl an Schaltelementen erfordern und bei sequentieller Schaltweise Doppelschaltungen, d.h. ein Zu- und/oder Abschalten von zwei Schaltelementen vermeiden, so dass bei Schaltungen in definierten Ganggruppen jeweils nur ein Schaltelement gewechselt wird.
Aus der DE 10 2008 000 428 A1 der Anmelderin ist ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise bekannt, welches einen Antrieb und einen Abtrieb aufweist, welche in einem Gehäuse angeordnet sind. Bei dem bekannten Getriebe sind zumindest vier Planetenradsätze, im Folgenden als erster, zweiter, dritter und vierter Planetenradsatz bezeichnet, mindestens acht drehbare Wellen - im Folgenden als Antriebswelle, Abtriebswelle, dritte, vierte, fünfte, sechste, siebte und achte Welle
bezeichnet - sowie zumindest sechs Schaltelemente, umfassend Bremsen und Kupplungen, vorgesehen, deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb bewirkt, so dass vorzugsweise neun Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar sind.
Hierbei bilden der erste und der zweite Planetenradsatz, die vorzugsweise als Minus-Planetenradsätze, also mit negativer Standgetriebe-Übersetzung, ausgebildet sind, einen schaltbaren Vorschaltradsatz, wobei der dritte und der vierte Planetenradsatz einen Hauptradsatz bilden.
Bei dem bekannten Mehrstufengetriebe ist vorgesehen, dass die Stege des ersten und des zweiten Planetenradsatzes über die vierte Welle miteinander gekop- pelt sind, welche mit einem Element des Hauptradsatzes verbunden ist, dass das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes über die achte Welle gekoppelt ist, welche über eine erste Kupplung mit der Antriebswelle lösbar verbindbar ist und dass das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mittels der dritten Welle über eine erste Bremse an ein Gehäuse des Getriebes ankoppelbar und über eine zweite Kupplung mit der Antriebswelle lösbar verbindbar ist, wobei das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes mittels der fünften Welle über eine zweite Bremse an ein Gehäuse des Getriebes ankoppelbar ist. Zudem ist die siebte Welle mit zumindest einem Element des Hauptradsatzes ständig verbunden und über eine dritte Bremse an das Gehäuse des Getriebes ankoppelbar, wobei die sechste Welle mit zumindest einem weiteren Element des Hauptradsatzes ständig verbunden und über eine dritte Kupplung mit der Antriebswelle lösbar verbindbar ist; die Abtriebswelle ist mit zumindest einem weiteren Element des Hauptradsatzes ständig verbunden.
Vorzugsweise ist bei dem bekannten Getriebe die vierte Welle ständig mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes verbunden, wobei die sechste Welle ständig mit dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes und dem Steg des dritten Planetenradsatzes verbunden und über die dritte Kupplung mit der Antriebswelle lösbar verbindbar ist. Ferner ist die siebte Welle ständig mit den Sonnenrädern des dritten und vierten Planetenradsatzes verbunden und über die dritte Bremse an ein Gehäuse des Getriebes ankoppelbar. Der Abtrieb erfolgt hierbei über die ständig mit dem Steg des vierten Planetenradsatzes verbundene Abtriebswelle. Des Weiteren können der dritte und der vierte Planetenradsatz zu einem Ravigneaux-Satz mit einem gemeinsamen Steg und einem gemeinsamen Hohlrad zusammengesetzt bzw. reduziert sein.
Nach dem Stand der Technik werden die Schaltelemente derartig ausgeführter Mehrstufengetriebe, die üblicherweise als Lamellenkupplungen oder -bremsen ausgeführt sind, hydraulisch betätigt, was in nachteiliger weise zu hohen hydraulischen Verlusten führt. Um diese Betätigungsverluste zu umgehen, wäre der Einsatz von bedarfsgerecht betätigbaren Schaltelementen, besonders vorteilhaft. Unter bedarfsgerecht betätigbaren Schaltelementen können insbesondere Schaltelemente verstanden werden, zur Beibehaltung des Schaltungszustands, also offen oder geschlossen keine oder weniger Energie verbrauchen, als zum Wechsel des Schaltungszustands.
Zur Ermöglichung der Verwendung von bedarfsgerecht betätigbaren Schaltelementen sollen die Schaltelemente, insbesondere die Kupplungen von außen gut erreichbar sein.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehrstufengetriebe der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welches neun Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang mit ausreichender Übersetzung aufweist, bei dem der Bauaufwand, die Bauteilbelastung und die Baugröße optimiert werden und zudem der Wirkungsgrad verbessert wird. Ferner sollen die Schaltelemente des Getriebes von außen gut erreichbar sein, wodurch der Einbau von bedarfsgerecht betätigbaren Schaltelementen ermöglicht wird. Zudem soll sich das Getriebe sowohl für eine Standard- als auch für eine Front-Quer-Bauweise eignen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise vorgeschlagen, welches einen Antrieb und einen Abtrieb aufweist, welche in einem Gehäuse angeordnet sind. Des Weiteren sind zumindest vier Planetenradsätze, im Folgenden als erster, zweiter, dritter und vierter Planetenradsatz bezeichnet, acht drehbare Wellen - im Folgenden als Antriebswelle, Abtriebswelle, dritte, vierte, fünfte, sechste, siebte und achte Welle bezeichnet - sowie sechs vorzugsweise als Lamellenschaltelemente oder als formschlüssige Schaltelemente ausgeführte Schaltelemente, umfassend Bremsen und Kupplungen, vorgesehen, deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb bewirkt, so dass vorzugsweise neun Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar sind. Die Planetenradsätze des Getriebes sind vorzugsweise als Minus- Planetenradsätze ausgebildet.
Ein einfacher Minus-Planetenradsatz umfasst bekanntlich ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, an dem Planetenräder drehbar gelagert sind, die jeweils mit Sonnenrad und Hohlrad kämmen. Hierdurch weist das Hohlrad bei festgehaltenem Steg eine zum Sonnenrad entgegengesetzte Drehrichtung auf. Demgegenüber umfasst ein einfacher Plus-Planetenradsatz ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, an dem innere und äußere Planetenräder drehbar gelagert sind, wobei alle inneren Planetenräder mit dem Sonnenrad und alle äußeren Planetenräder mit dem Hohlrad kämmen, wobei jedes innere Planetenrad mit jeweils einem äußeren Planetenrad kämmt. Hierdurch weist das Hohlrad bei festgehaltenem Steg die gleiche Drehrichtung auf wie das Sonnenrad und es ergibt sich eine positive Standgetriebeübersetzung.
Gemäß der Erfindung ist das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mit der achten Welle verbunden, die mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist und über eine dritte Kupplung mit der Antriebswelle lösbar verbindbar ist, wobei die Antriebswelle über eine erste Kupplung mit der vierten Welle lösbar verbindbar ist, welche mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes verbunden und über eine zweite Bremse an das Gehäuse ankoppelbar ist. Ferner ist die Antriebswelle über eine zweite Kupplung mit der mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes und dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes verbundenen siebten Welle lösbar verbindbar.
Des Weiteren ist die sechste Welle mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes und dem Steg des vierten Planetenradsatzes verbunden, wobei die dritte Welle mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes verbunden und über eine erste Bremse an das Gehäuse ankoppelbar ist.
Ferner ist die fünfte Welle mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes und dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes verbunden und über eine dritte Bremse an das Gehäuse ankoppelbar, wobei die Abtriebswelle des Getriebes mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes und dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes verbunden ist.
Dadurch, dass die erste, zweite und dritte Kupplung an der Antriebswelle des Getriebes angeordnet sind und die übrigen Schaltelemente als Bremsen ausgeführt sind, wird eine gute Erreichbarkeit sämtlicher Schaltelemente des Getriebes gewährleistet, wodurch die Schaltelemente als bedarfsgerecht betätigbare Schaltelemente ausgeführt werden können. Im Rahmen weiterer Ausführungsformen können Schaltelemente des Getriebes u.a. als hydraulisch betätigbare Schaltelemente ausgeführt sein.
Ferner ergeben sich insbesondere für Personenkraftwagen geeignete Übersetzungen sowie eine erhöhte Gesamtspreizung des Mehrstufengetriebes, wodurch eine Verbesserung des Fahrkomforts und eine signifikante Verbrauchsabsenkung bewirkt werden.
Darüber hinaus wird mit dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe durch eine geringe Anzahl an Schaltelementen 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 Vorwärtsgang und im Rückwärtsgang betätigt wird.
Des Weiteren ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe ein guter Wirkungsgrad in den Hauptfahrgängen bezüglich der Schlepp- und Verzahnungsverluste.
In vorteilhafter Weise liegen geringe Drehmomente in den Schaltelementen und in den Planetenradsätzen des Mehrstufengetriebes vor, wodurch der Verschleiß bei dem Mehrstufengetriebe in vorteilhafter Weise reduziert wird. Zudem wird durch die geringen Drehmomente 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 Planetenradsätzen vor.
Außerdem ist das erfindungsgemäße Getriebe derart konzipiert, dass eine Anpassbarkeit an unterschiedliche Triebstrangausgestaltungen sowohl in Kraftflussrichtung als auch in räumlicher Hinsicht ermöglicht wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. In diesen stellen dar:
Figur 1 : eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes; und
Figur 2: ein beispielhaftes Schaltschema für ein Mehrstufengetriebe gemäß Figur 1 .
In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe mit einer Antriebswelle 1 , einer Abtriebswelle 2 und vier Planetenradsätzen P1 , P2, P3 und P4 dargestellt, welche in einem Gehäuse G angeordnet sind. Die Planetenradsätze P1 , P2, P3, P4 sind bei dem in Figur 1 gezeigten Beispiel als Minus-Planetenradsätze ausgebildet. Gemäß der Erfindung kann zumindest einer der Planetenradsätze P1 , P2, P3, P4 als Plus-Planetenradsatz ausgeführt sein, wenn gleichzeitig die Steg- und Hohlradanbindung getauscht und der Betrag der Standgetriebeübersetzung im Vergleich zu der Ausführung als Minus-Planetenradsatz um 1 erhöht wird.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Planetenradsätze P1 , P2, P3, P4 axial betrachtet in der Reihenfolge erster Planetenradsatz P1 , zweiter Planetenradsatz P2, dritter Planetenradsatz P3, vierter Planetenradsatz P4 angeordnet. Gemäß der Erfindung sind die axiale Reihenfolge der einzelnen Planetenradsätze und die Anordnung der Schaltelemente frei wählbar, solange es die Bindbarkeit der Elemente zulässt.
Wie aus Figur 1 ersichtlich, sind sechs Schaltelemente, nämlich drei Bremsen 03, 04, 05 und drei Kupplungen 14, 17, 18 vorgesehen. Die räumliche Anord- nung der Schaltelemente kann beliebig sein und wird nur durch die Abmessungen und die äußere Formgebung begrenzt. Die Kupplungen und die Bremsen des Getriebes sind vorzugsweise als Reibschaltelemente bzw. Lamellenschaltelemente ausgeführt, können aber auch als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sein.
Mit diesen Schaltelementen ist ein selektives Schalten von neun Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang realisierbar. Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe weist insgesamt acht drehbare Wellen auf, nämlich die Wellen 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8, wobei die Antriebswelle die erste Welle 1 und die Abtriebswelle die zweite Welle 2 des Getriebes bilden.
Erfindungsgemäß ist bei dem Mehrstufengetriebe gemäß Figur 1 vorgesehen, dass das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes P1 mit der achten Welle 8 verbunden ist, die mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden ist und über eine dritte Kupplung 18 mit der Antriebswelle 1 lösbar verbindbar ist, wobei die Antriebswelle 1 über eine erste Kupplung 14 mit der vierten Welle 4 lösbar verbindbar ist, welche mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes P1 verbunden und über eine zweite Bremse 04 an das Gehäuse G ankoppelbar ist. Bezugnehmend auf Figur 1 ist die Antriebswelle 1 über eine zweite Kupplung 17 mit der mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes P3 verbundenen siebten Welle 7 lösbar verbindbar.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist die sechste Welle 6 mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem Steg des vierten Planetenradsatzes P4 verbunden, wobei die dritte Welle 3 mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes P3 verbunden und über eine erste Bremse 03 an das Gehäuse G ankoppelbar ist.
Ferner ist die fünfte Welle 5 mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes P1 und dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes P4 verbunden und über eine dritte Bremse 05 an das Gehäuse G ankoppelbar, wobei die Abtriebswelle 2 des Getriebes mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes P3 und dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes P4 verbunden ist. Hierbei können die erste, zweite und dritte Kupplung 14, 17, 18 axial betrachtet nebeneinander angeordnet und als Lamellenschaltelemente ausgeführt sein und einen gemeinsamen Außenlamellenträger aufweisen. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eignet sich insbesondere die erste Bremse 03 für eine Ausführung als Klauenschaltelement, wodurch der Verbrauch signifikant verbessert wird.
In Figur 2 ist ein beispielhaftes Schaltschema eines Mehrstufengetriebes gemäß Figur 1 dargestellt. Für jeden Gang werden drei Schaltelemente geschlossen. Dem Schaltschema können die jeweiligen Übersetzungen i der einzelnen Gangstufen und die daraus zu bestimmenden Gangsprünge bzw. Stufensprünge φ zum nächst höheren Gang beispielhaft entnommen werden, wobei der Wert 9,001 die Spreizung des Getriebes darstellt.
Die Werte für die Standgetriebeübersetzungen der als Minus-Planetenradsätze ausgeführten Planetenradsätze P1 , P2, P3, P4 sind bei dem gezeigten Beispiel jeweils -1 ,600, -3,900, -2,965 und -2,385. Aus Figur 2 wird ersichtlich, dass bei sequentieller Schaltweise jeweils nur ein Schaltelement zugeschaltet und ein Schaltelement abgeschaltet werden muss, da zwei benachbarte Gangstufen zwei Schaltelemente gemeinsam benutzen. Ferner wird ersichtlich, dass eine große Spreizung bei kleinen Gangsprüngen erzielt wird.
Der erste Vorwärts-Gang ergibt sich durch Schließen der ersten und dritten Bremse 03, 05 und der dritten Kupplung 18, der zweite Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten und zweiten Bremse 03, 04 und der dritten Kupplung 18, der dritte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten Bremse 03 und der ersten und dritten Kupplung 14, 18, der vierte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten Bremse 03 und der zweiten und dritten Kupplung 17, 18, der bei dem gezeigten Beispiel als Direktgang ausgeführte fünfte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten, zweiten und dritten Kupplung 14, 17, 18, der sechste Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse 04 und der zweiten und dritten Kupplung 17, 18, der siebte Vorwärts-Gang durch Schließen der dritten Bremse 05 und der zweiten und dritten Kupplung 17, 18, der achte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten und dritten Bremse 04, 05 und der zweiten Kupplung 17 und der neunte Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen der dritten Bremse 05 und der ersten und zweiten Kupplung 14, 17, wobei sich der Rückwärtsgang durch Schließen der ersten und dritten Bremse 03, 05 und der ersten Kupplung 14 ergibt.
Alternativ kann der vierte Vorwärtsgang durch weitere Schaltkombinationen geschaltet werden, die in Figur 2 mit M bezeichnet sind. Demnach kann sich der vierte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten und zweiten Bremse 03, 04 und der zweiten Kupplung 17 oder durch Schließen der ersten Bremse 03 und der ersten und zweiten Kupplung 14, 17 oder durch Schließen der ersten und dritten Bremse 03, 05 und der zweiten Kupplung 17 ergeben.
Dadurch, dass im ersten Vorwärts-Gang und/oder im Rückwärtsgang die erste und dritte Bremse 03, 05 und die erste und dritte Kupplung 14, 18 geschlossen sind, können diese Schaltelemente als Anfahrelemente eingesetzt werden.
Gemäß der Erfindung ergeben sich auch bei gleichem Getriebeschema je nach Schaltlogik unterschiedliche Gangsprünge, so dass eine anwendungs- bzw. fahrzeugspezifische Variation ermöglicht wird.
Erfindungsgemäß ist es ferner optional möglich, an jeder geeigneten Stelle des Mehrstufengetriebes zusätzliche Freiläufe vorzusehen, beispielsweise zwischen einer Welle und dem Gehäuse oder um zwei Wellen gegebenenfalls zu verbinden.
Auf der Antriebsseite oder auf der Abtriebsseite können ein Achsdifferential und/oder ein Verteilerdifferential angeordnet werden.
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung 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 oder dergleichen 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 Antriebs-Motors verbunden ist. Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe ermöglicht außerdem die Anordnung eines Torsionsschwingungsdämpfers zwischen Antriebsmotor und Getriebe.
Im Rahmen einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann auf jeder Welle, bevorzugt auf der Antriebswelle 1 oder der Abtriebswelle 2, eine verschleißfreie Bremse, wie z.B. ein hydraulischer oder elektrischer Retarder oder dergleichen, angeordnet sein, was 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.
Die eingesetzten Reibschaltelemente können als lastschaltbare Kupplungen oder Bremsen ausgebildet sein. Insbesondere können kraftschlüssige Kupplungen oder Bremsen, wie z.B. Lamellenkupplungen, Bandbremsen und/oder Konuskupplungen, verwendet werden.
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.
Bezuqszeichen
1 erste Welle, Antriebswelle
zweite Welle, Abtriebswelle
dritte Welle
vierte Welle
fünfte Welle
6 sechste Welle
7 siebte Welle
8 achte Welle
03 erste Bremse
04 zweite Bremse
05 dritte Bremse
14 erste Kupplung
17 zweite Kupplung
18 dritte Kupplung
G Gehäuse
P1 erster Planetenradsatz
P2 zweiter Planetenradsatz
P3 dritter Planetenradsatz
P4 vierter Planetenradsatz
i Übersetzung
Φ Stufensprung

Claims

Patentansprüche
1 . Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere Automatgetriebe für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Antriebswelle (1 ), eine Abtriebswelle (2) und vier Planetenradsätze (P1 , P2, P3, P4), welche in einem Gehäuse (G) angeordnet sind, insgesamt acht drehbare Wellen (1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) sowie sechs Schaltelemente (03, 04, 05, 14, 17, 18), umfassend Bremsen (03, 04, 05) und Kupplungen (14, 17, 18), deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle (1 ) und der Abtriebswelle (2) bewirkt, so dass neun Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar sind, wobei das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes (P1 ) mit der achten Welle (8) verbunden ist, die mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbunden ist und über eine dritte Kupplung (18) mit der Antriebswelle (1 ) lösbar verbindbar ist, wobei die Antriebswelle (1 ) über eine erste Kupplung (14) mit der vierten Welle (4) lösbar verbindbar ist, welche mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (P1 ) verbunden und über eine zweite Bremse (04) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist, wobei die Antriebswelle (1 ) über eine zweite Kupplung (17) mit der mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes (P2) und dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes (P3) verbundenen siebten Welle (7) lösbar verbindbar ist, wobei die sechste Welle (6) mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (P2) und dem Steg des vierten Planetenradsatzes (P4) verbunden ist und die dritte Welle (3) mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes (P3) verbunden und über eine erste Bremse (03) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist, wobei die fünfte Welle (5) mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes (P1 ) und dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes (P4) verbunden und über eine dritte Bremse (05) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist und wobei die Abtriebswelle (2) mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes (P3) und dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes (P4) verbunden ist.
2. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste, zweite, dritte und vierte Planetenradsatz (P1 , P2, P3, P4) als Minus- Planetenradsätze ausgebildet sind.
3. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenradsätze axial betrachtet in der Reihenfolge erster Planetenradsatz (P1 ), zweiter Planetenradsatz (P2), dritter Planetenradsatz (P3), vierter Planetenradsatz (P4) angeordnet sind.
4. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (03, 04, 05, 14, 17, 18) des Getriebes als bedarfsgerecht betätigbare Schaltelemente ausgeführt sind.
5. Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bremse (03) als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt ist.
6. Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten und dritten Bremse (03, 05) und der dritten Kupplung (18), der zweite Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten und zweiten Bremse (03, 04) und der dritten Kupplung (18), der dritte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten Bremse (03) und der ersten und dritten Kupplung (14, 18), der vierte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten Bremse (03) und der zweiten und dritten Kupplung (17, 18), der fünfte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten, zweiten und dritten Kupplung (14, 17, 18), der sechste Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse (04) und der zweiten und dritten Kupplung (17, 18), der siebte Vorwärts-Gang durch Schließen der dritten Bremse (05) und der zweiten und dritten Kupplung (17, 18), der achte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten und dritten Bremse (04, 05) und der zweiten Kupplung (17) und dass sich der neunte Vorwärtsgang durch Schließen der dritten Bremse (05) und der ersten und zweiten Kupplung (14, 17) ergibt, wobei sich der Rückwärtsgang durch Schließen der ersten und dritten Bremse (03, 05) und der ersten Kupplung (14) ergibt.
7. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der vierte Vorwärtsgang alternativ durch Schließen der ersten und zweiten Bremse (03, 04) und der zweiten Kupplung (17) oder durch Schließen der ersten Bremse (03) und der ersten und zweiten Kupplung (14, 17) oder durch Schließen der ersten und dritten Bremse (03, 05) und der zweiten Kupplung (17) ergibt.
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