EP2864665A1 - Mehrstufengetriebe - Google Patents

Mehrstufengetriebe

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Publication number
EP2864665A1
EP2864665A1 EP13722430.9A EP13722430A EP2864665A1 EP 2864665 A1 EP2864665 A1 EP 2864665A1 EP 13722430 A EP13722430 A EP 13722430A EP 2864665 A1 EP2864665 A1 EP 2864665A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
planetary gear
clutch
gear set
closing
shaft
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Withdrawn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
EP13722430.9A
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 EP2864665A1 publication Critical patent/EP2864665A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • F16H3/666—Gearings having three or more central gears composed of a number of gear trains without drive passing from one train to another with compound planetary gear units, e.g. two intermeshing orbital gears
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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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, in the prior art, planetary gear sets that are switched by means of friction elements, such as clutches and brakes, and usually with a slip element and optionally a lockup clutch, such as a hydrodynamic torque converter or a fluid coupling connected.
  • friction elements such as clutches and brakes
  • slip element such as clutches and brakes
  • lockup clutch such as a hydrodynamic torque converter or a fluid coupling connected.
  • A1 discloses a transmission arrangement of an automatic transmission for a vehicle comprising ten forward gears, which has a first planetary gear, which is designed as a simple planetary gear and a first rotary element, which acts as a fixed element, a second rotary element, the one reduced rotational speed provides, and a third rotary element, which is directly connected to an input shaft and has as input element acts.
  • the known transmission further comprises a second simple planetary gear, which is a fourth rotary member, which is directly connected to the second rotary member, a fifth rotary member which is selectively connected by inserting a first brake with a transmission housing and a sixth rotary member, optionally by inserting a second brake is connected to a transmission housing, wherein a first clutch selectively connects at least two rotational elements of the fourth, fifth and sixth rotational elements.
  • a third of a planetary gear with a single pinion and a planetary gear with double pinion planetary gear is provided, which is a seventh rotary member which is directly connected to the sixth rotary member, an eighth rotary member which is selectively connected by inserting a second clutch to the drive shaft and selectively connected to the transmission housing by inserting a third brake, a ninth rotary element connected to an output shaft, and a tenth rotary element connected to the fourth rotary element by inserting a third clutch, wherein a fourth clutch is interposed between the third Seventh rotary element and the eighth rotary element is arranged.
  • the present invention has for its object to propose a multi-speed transmission of the type mentioned, which has at least ten forward gears and one reverse gear and a high spread, in which the construction cost, component load and size are optimized and also the efficiency in terms of drag and Gear losses is improved.
  • This object is achieved by the features of claim 1. Further advantages and advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims.
  • a multi-speed transmission according to the invention is proposed in planetary construction, 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, the selective intervention causes different ratios between the drive and the output, so that preferably ten forward gears and one reverse gear can be realized.
  • the selective intervention causes different ratios between the drive and the output, so that preferably ten forward gears and one reverse gear can be realized.
  • the first planetary gear set of the transmission is preferably designed as a positive planetary gear set, wherein the second, third and fourth planetary gear set of the transmission are preferably designed as negative planetary gear sets.
  • the ring gear at a fixed web has a direction of rotation opposite to the sun and it results in a negative stationary gear ratio.
  • 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, all inner planetary gears mesh with the sun gear and all outer planet gears with the ring gear, each inner planetary gear, each with 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 drive shaft, which is connected to the sun gear of the third planetary gear set and detachably connectable via a first clutch to the eighth shaft connected to the web of the fourth planetary gear set, the eighth shaft via a second clutch is releasably connectable with the third shaft, which is connected to the web of the third planetary gear set and can be coupled via a first brake to the web of the first planetary gear set, which is coupled to the housing of the transmission.
  • the fourth shaft is connected to the sun gear of the second planetary gear set and coupled via a second brake to the web of the first planetary gear set, which is coupled to the housing of the transmission, wherein the seventh shaft connected to the ring gear of the first planetary gear set and via a third clutch with the fifth shaft connected to the ring gear of the second planetary gear set and the sun gear of the fourth planetary gear set is detachably connectable.
  • the sixth shaft is connected to the web of the second planetary gear set and the ring gear of the third planetary gear set, wherein the output shaft of the transmission is connected to the ring gear of the fourth planetary gear set.
  • a fourth, fifth or sixth clutch is provided by the closing of the second planetary gear set is blockable.
  • the fourth clutch can be designed according to a first embodiment of the invention as a coupling which connects the sun gear with the ring gear of the second planetary gear set releasably.
  • the fifth clutch may be designed as a coupling which releasably connects the web to the sun gear of the second planetary gear set, wherein the sixth clutch may be designed as a coupling which removably connects the web to the ring gear of the second planetary gear set.
  • the inventive design of the multi-speed transmission results in particular for passenger cars suitable translations and a increased overall spread of the multi-speed transmission, which causes an improvement in ride comfort and a significant consumption reduction.
  • 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.
  • the transmission can be installed, for example, in front-transverse design or in the context of a standard drive.
  • 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;
  • Figure 3 is a schematic view of a second preferred embodiment of a multi-speed transmission according to the invention.
  • Figure 4 is a schematic view of a third preferred embodiment of a multi-speed transmission according to the invention.
  • the first planetary gear set P1 is formed in the example shown in Figure 1 as a plus planetary gear, wherein the second, third and fourth planetary gear, P2, P3, P4 are formed as negative planetary gear sets.
  • at least one of the negative planetary gear sets 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 two brakes 03, 04 and four clutches 18, 38, 45, 57 are provided.
  • the spatial arrangement of the switching elements can be arbitrary and is limited only by the dimensions and the external shape.
  • the clutches and brakes of the Drives 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 drive shaft 1, which is connected to the sun gear of the third planetary gear set P3 and eighth connected via a first clutch 18 with the web of the fourth planetary gear set P4 8 shaft is releasably connectable, wherein the eighth shaft 8 via a second clutch 38 with the third shaft 3 is detachably connected, which is connected to the web of the third planetary gear P3 and can be coupled via a first brake 03 to the web of the first planetary gear P1, which is coupled to the housing G of the transmission (shaft 0).
  • the second clutch 38 is suitable for a design as a claw switching element, whereby the consumption is significantly improved.
  • the fourth shaft 4 is connected to the sun gear of the second planetary gear set P2 and coupled via a second brake 04 to the web of the first planetary gear P1, which is coupled to the housing G, wherein the seventh shaft 7 with the ring gear of the first Planetary gear P1 and connected via a third clutch 57 with the connected to the ring gear of the second planetary gear set P2 and the sun gear of the fourth planetary gear set P4 fifth shaft 5 is detachably connectable.
  • the first and second brakes 03, 04 are preferably arranged next to one another when viewed axially and can have a common outer disk carrier as a multi-disk shift element.
  • the sixth shaft 6 is connected to the web of the second planetary gear set P2 and the ring gear of the third planetary gear set P3, wherein the output shaft 2 is connected to the ring gear of the fourth planetary gear set P4.
  • a fourth clutch 45 is provided, which connects the fourth shaft 4 with the fifth shaft 5 releasably to one another, by the closing of the second planetary gear set P2 is blockable.
  • the second planetary gear set P2 can be locked by closing a fifth clutch 46 which releasably connects the land to the sun gear of the second planetary gear set P2, eliminating the fourth clutch 45.
  • the fifth clutch 46 releasably connects the fourth shaft 4 with the sixth shaft 6.
  • the fourth clutch 45 omitted, with a sixth clutch 56 is provided by the closing of the second planetary gear set P2 is blockable.
  • This embodiment is the subject of Figure 4.
  • the sixth clutch 56 connects the fifth shaft 5 with the sixth shaft 6 releasably to each other, whereby the web of the second planetary gear set P2 with the ring gear of the second planetary gear set P2 is detachably connectable.
  • 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 i of the individual gear ratios and the determined therefrom gear increments or increments ⁇ to the next higher gear are exemplified, the value represents 9.033 the spread of the transmission.
  • the values for the stationary gear ratios of the first, second, third and fourth planetary gear sets P1, P2, P3, P4 are in the example shown in each case 1, 68, -1, 91, -2, 28 and -2, 30. 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 speed is achieved by closing the first brake 03 and the second and fourth clutches 38, 45, the second forward speed by closing the first and second brakes 03, 04 and the second clutch 38, the third forward speed Closing the second brake 04 and the second and fourth clutches 38, 45, the fourth forward gear by closing the second brake 04 and the second and third clutches 38, 57, the fifth forward gear by closing the second brake 04 and the first and second clutch 18, 38, the sixth forward gear in the example shown by closing the first, second and fourth clutch 18, 38, 45, the seventh forward gear by closing the first, third and fourth clutch 18, 57, 45, the eighth forward gear by closing the second brake 04 and the first and fourth clutches 18, 45, the ninth forward gear by closing the first brake 03 and the first and vi erten clutch 18, 45 and the tenth forward gear is obtained by closing the first and second brakes 03, 04 and the first clutch 18, wherein the reverse gear by closing the first brake 03 and the second and third clutch 38, 57 results.
  • the seventh forward gear can be switched by further switching combinations, which are designated in Figure 2 with 7.1, 7.2 and 7.3.
  • the seventh forward speed can be achieved by closing the first brake 03 and the first and third clutches 18, 57 or by closing the second brake 04 and the first and third clutches 18, 57 or closing the first, second and third clutches 18, 38 , 57 result.
  • another forward gear Z can be realized whose gear ratio is between the fifth and sixth forward gear ratios.
  • 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 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.

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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, 18, 38, 45, 46, 56, 57), wobei das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes (P1) mit der Antriebswelle (1) verbunden ist, welche mit den Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes (P3) verbunden und über eine erste Kupplung (18) mit der mit dem Steg des vierten Planetenradsatzes (P4) verbundenen achten Welle (8) verbindbar ist, wobei die achte Welle (8) über eine zweite Kupplung (38) mit der dritten Welle (3) verbindbar ist, die mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes (P3) verbunden und über eine erste Bremse (03) an den Steg des ersten Planetenradsatzes (P1) ankoppelbar ist, der an das Gehäuse (G) gekoppelt ist, wobei die vierte Welle (4) mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbunden und über eine zweite Bremse (04) an den Steg des ersten Planetenradsatzes (P1) ankoppelbar ist und die siebte Welle (7) mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (P1) verbunden und über eine dritte Kupplung (57) mit der mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (P2) und dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes (P4) verbundenen fünften Welle (5) verbindbar ist, wobei die sechste Welle (6) mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes (P2) und dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes (P3) verbunden ist, die Abtriebswelle (2) mit dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes (P4) verbunden ist und wobei eine vierte, fünfte oder sechste Kupplung (45, 46, 56) vorgesehen ist, durch deren Schließen der zweite Planetenradsatz (P2) verblockbar 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.
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- bzw. Abschalten von zwei Schaltelementen vermeiden, so dass bei Schaltungen in definierten Ganggruppen jeweils nur ein Schaltelement gewechselt wird. Ferner soll mittels derartiger Getriebe der Spritverbrauch gesenkt werden, was einerseits durch Reduzierung der internen Getriebeverluste und andererseits durch Betreiben des Verbrennungsmotors im idealen Betriebspunkt erfolgen kann. Um den Verbrennungsmotor in seinem idealen Betriebspunkt zu betreiben, ist es insbesondere wichtig, bei einer großen Getriebespreizung kleine Gangsprünge zu realisieren, was in der Erhöhung der Anzahl der Gänge resultiert.
Aus der DE10 2008 064 1 13 A1 geht eine Getriebeanordnung eines Automatikgetriebes für ein Fahrzeug umfassend zehn Vorwärtsgänge hervor, welche ein erstes Planetengetriebe aufweist, das als einfaches Planetengetriebe ausgeführt ist und ein erstes Rotationselement, das als feststehendes Element wirkt, ein zweites Rotationselement, das eine verringerte Rotationsgeschwindigkeit zur Verfügung stellt, und ein drittes Rotationselement, das direkt mit einer Eingangswelle verbunden ist und als Eingangselement wirkt aufweist. Das bekannte Getriebe umfasst ferner ein zweites einfaches Planetengetriebe, welches ein viertes Rotationselement, das mit dem zweiten Rotationselement direkt verbunden ist, ein fünftes Rotationselement, das wahlweise durch Einschieben einer ersten Bremse mit einem Getriebegehäuse verbunden ist und ein sechstes Rotationselement, das wahlweise durch Einschieben einer zweiten Bremse mit einem Getriebegehäuse verbunden ist, aufweist, wobei eine erste Kupplung wahlweise mindestens zwei Rotationselemente von den vierten, fünften und sechsten Rotationselementen verbindet. Ferner ist ein drittes aus einem Planetengetriebe mit einzelnem Ritzel und einem Planetengetriebe mit doppeltem Ritzel zusammengesetztes Planetengetriebe vorgesehen, welches ein siebtes Rotationselement, das mit dem sechsten Rotationselement direkt verbunden ist, ein achtes Rotationselement, das wahlweise durch Einschieben einer zweiten Kupplung mit der Antriebswelle verbunden ist und wahlweise durch Einschieben einer dritten Bremse mit dem Getriebegehäuse verbunden ist, ein neuntes Rotationselement, das mit einer Abtriebswelle verbunden ist, und ein zehntes Rotationselement, das durch Einschieben einer dritten Kupplung mit dem vierten Rotationselement verbunden ist, aufweist, wobei eine vierte Kupplung zwischen dem siebten Rotationselement und dem achten Rotationselement angeordnet ist.
Bei Getriebekonzepten mit einer hohem Anzahl an Gängen entsteht das Problem, dass die Anzahl der Getriebebauteile und somit der Bauaufwand in Abhängigkeit der Anzahl der Gänge stark zunehmen. Zudem nimmt der interne Wirkungsgrad des Getriebes aufgrund der höheren Anzahl der Getriebebauteile ab, so dass die durch die hohe Anzahl an Gängen erzielbare Verbrauchsoptimierung zum Teil kompensiert wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehrstufengetriebe der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welches mindestens zehn Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang und eine hohe Spreizung aufweist, bei dem der Bauaufwand, die Bauteilbelastung und die Baugröße optimiert werden und zudem der Wirkungsgrad hinsichtlich der Schlepp- und Verzahnungsverluste verbessert wird. 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 zehn Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar sind.
Der erste Planetenradsatz des Getriebes ist vorzugsweise als Plus- Planetenradsatz ausgeführt, wobei der zweite, dritte und vierte Planetenradsatz des Getriebes vorzugsweise als Minus-Planetenradsätze ausgebildet sind.
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 und es ergibt sich eine negative Standgetriebeübersetzung. 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 Antriebswelle verbunden, welche mit den Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes verbunden und über eine erste Kupplung mit der mit dem Steg des vierten Planetenradsatzes verbundenen achten Welle lösbar verbindbar ist, wobei die achte Welle über eine zweite Kupplung mit der dritten Welle lösbar verbindbar ist, welche mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes verbunden und über eine erste Bremse an den Steg des ersten Planetenradsatzes ankoppelbar ist, welcher an das Gehäuse des Getriebes gekoppelt ist.
Ferner ist die vierte Welle mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden und über eine zweite Bremse an den Steg des ersten Planetenradsatzes ankoppelbar, welcher an das Gehäuse des Getriebes gekoppelt ist, wobei die siebte Welle mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes verbunden und über eine dritte Kupplung mit der mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes und dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes verbundenen fünften Welle lösbar verbindbar ist.
Des Weiteren ist die sechste Welle mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes und dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes verbunden, wobei die Abtriebswelle des Getriebes mit dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes verbunden ist.
Gemäß der Erfindung ist eine vierte, fünfte oder sechste Kupplung vorgesehen, durch deren Schließen der zweite Planetenradsatz verblockbar ist.
Die vierte Kupplung kann gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung als Kupplung ausgeführt sein, welche das Sonnenrad mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes lösbar verbindet. Die fünfte Kupplung kann als Kupplung ausgeführt sein, welche den Steg mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes lösbar verbindet, wobei die sechste Kupplung als Kupplung ausgeführt sein kann, welche den Steg mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes lösbar verbindet.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Mehrstufengetriebes ergeben sich insbesondere für Personenkraftwagen geeignete Übersetzungen sowie eine er- höhte 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 aufgrund geringer Schlepp- und Verzahnungsverluste.
In vorteilhafter Weise liegen geringe Drehmomente an den Schaltelementen und an den Planetenradsätzen des Mehrstufengetriebes vor, wodurch die Belastung 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. Das Getriebe kann beispielsweise in Front-Quer Bauweise oder im Rahmen eines Standardantriebs eingebaut werden.
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;
Figur 2: ein beispielhaftes Schaltschema für ein Mehrstufengetriebe gemäß Figur 1 ;
Figur 3: eine schematische Ansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes; und
Figur 4: eine schematische Ansicht einer dritten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes.
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. Der erste Planetenradsatz P1 ist bei dem in Figur 1 gezeigten Beispiel als Plus-Planetenradsatz ausgebildet, wobei der zweite, dritte und vierte Planetenradsatz, P2, P3, P4 als Minus-Planetenradsätze ausgebildet sind. Gemäß der Erfindung kann zumindest einer der Minus- Planetenradsätze 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 zwei Bremsen 03, 04 und vier Kupplungen 18, 38, 45, 57 vorgesehen. Die räumliche Anordnung der Schaltelemente kann beliebig sein und wird nur durch die Abmessungen und die äußere Formgebung begrenzt. Die Kupplungen und die Bremsen des Ge- triebes sind vorzugsweise als Reibschaltelemente bzw. Lamellenschaltelemente ausgeführt, können aber auch als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sein.
Mit diesen Schaltelementen ist ein selektives Schalten von mindestens zehn 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 Antriebswelle 1 verbunden ist, welche mit den Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes P3 verbunden und über eine erste Kupplung 18 mit der mit dem Steg des vierten Planetenradsatzes P4 verbundenen achten Welle 8 lösbar verbindbar ist, wobei die achte Welle 8 über eine zweite Kupplung 38 mit der dritten Welle 3 lösbar verbindbar ist, welche mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes P3 verbunden und über eine erste Bremse 03 an den Steg des ersten Planetenradsatzes P1 ankoppelbar ist, der an das Gehäuse G des Getriebes gekoppelt ist (Welle 0).
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eignet sich zudem insbesondere die zweite Kupplung 38 für eine Ausführung als Klauenschaltelement, wodurch der Verbrauch signifikant verbessert wird.
Bezugnehmend auf Figur 1 ist die vierte Welle 4 mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden und über eine zweite Bremse 04 an den Steg des ersten Planetenradsatzes P1 ankoppelbar, welcher an das Gehäuse G gekoppelt ist, wobei die siebte Welle 7 mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes P1 verbunden und über eine dritte Kupplung 57 mit der mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes P4 verbundenen fünften Welle 5 lösbar verbindbar ist. Die erste und zweite Bremse 03, 04 sind axial betrachtet vorzugsweise nebeneinander angeordnet und können als Lamellenschaltelemente ausgeführt einen gemeinsamen Außenlamellenträger aufweisen.
Die sechste Welle 6 ist mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes P3 verbunden, wobei die Abtriebswelle 2 mit dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes P4 verbunden ist.
Bei dem in Figur 1 gezeigten Beispiel ist eine vierte Kupplung 45 vorgesehen, welche die vierte Welle 4 mit der fünften Welle 5 lösbar miteinander verbindet, durch deren Schließen der zweite Planetenradsatz P2 verblockbar ist.
Alternativ und bezugnehmend auf Figur 3 kann der zweite Planetenradsatz P2 durch Schließen einer fünften Kupplung 46, welche den Steg mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes P2 lösbar verbindet, verblockt werden, wobei die vierte Kupplung 45 entfällt. Die fünfte Kupplung 46 verbindet die vierte Welle 4 mit der sechsten Welle 6 lösbar miteinander.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann ausgehend vom Ausführungsbeispiel nach Figur 1 die vierte Kupplung 45 entfallen, wobei eine sechste Kupplung 56 vorgesehen ist, durch deren Schließen der zweite Planetenradsatz P2 verblockbar ist. Diese Ausgestaltung ist Gegenstand der Figur 4. Die sechste Kupplung 56 verbindet die fünfte Welle 5 mit der sechsten Welle 6 lösbar miteinander, wodurch der Steg des zweiten Planetenradsatzes P2 mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes P2 lösbar verbindbar ist.
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 9,033 die Spreizung des Getriebes darstellt. Die Werte für die Standgetriebeübersetzungen des ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatzes P1 , P2, P3, P4 sind bei dem gezeigten Beispiel jeweils 1 ,68, -1 ,91 , -2,28 und -2,30. 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 Bremse 03 und der zweiten und vierten Kupplung 38, 45, der zweite Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten und zweiten Bremse 03, 04 und der zweiten Kupplung 38, der dritte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse 04 und der zweiten und vierten Kupplung 38, 45, der vierte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse 04 und der zweiten und dritten Kupplung 38, 57, der fünfte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse 04 und der ersten und zweiten Kupplung 18, 38, der bei dem gezeigten Beispiel als Direktgang ausgeführte sechste Vorwärts- Gang durch Schließen der ersten, zweiten und vierten Kupplung 18, 38, 45, der siebte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten, dritten und vierten Kupplung 18, 57, 45, der achte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse 04 und der ersten und vierten Kupplung 18, 45, der neunte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten Bremse 03 und der ersten und vierten Kupplung 18, 45 und der zehnte Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen der ersten und zweiten Bremse 03, 04 und der ersten Kupplung 18, wobei sich der Rückwärtsgang durch Schließen der ersten Bremse 03 und der zweiten und dritten Kupplung 38, 57 ergibt.
Alternativ kann der siebte Vorwärtsgang durch weitere Schaltkombinationen geschaltet werden, die in Figur 2 mit 7.1 , 7.2 und 7.3 bezeichnet sind. Demnach kann sich der siebte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten Bremse 03 und der ersten und dritten Kupplung 18, 57 oder durch Schließen der zweiten Bremse 04 und der ersten und dritten Kupplung 18, 57 oder durch Schließen der ersten, zweiten und dritten Kupplung 18, 38, 57 ergeben. Bezugnehmend auf Figur 2 kann zusätzlich zu den zehn Vorwärtsgängen durch Schließen der zweiten, dritten und vierten Kupplung 38, 57, 45 ein weiterer Vorwärts-Gang Z realisiert werden, dessen Übersetzung zwischen den Übersetzungen des fünften und des sechsten Vorwärtsgangs liegt.
Dadurch, dass im ersten Vorwärts-Gang und im Rückwärtsgang die erste Bremse 03 und die zweite Kupplung 38 geschlossen sind, können diese Schaltelemente als Anfahrelemente eingesetzt werden.
Für den Fall, dass gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 die vierte Kupplung 45 durch die fünfte Kupplung 46 ersetzt wird, wird im Schaltschema gemäß Figur 2 die vierte Kupplung 45 durch die fünfte Kupplung 46 ersetzt.
Analog dazu wird für den Fall, dass gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 die vierte Kupplung 45 durch die sechste Kupplung 56 ersetzt wird, im Schaltschema gemäß Figur 2 die vierte Kupplung 45 durch die sechste Kupplung 56 ersetzt.
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 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
Welle
erste Welle, Antriebswelle
zweite Welle, Abtriebswelle
dritte Welle
vierte Welle
fünfte Welle
6 sechste Welle
siebte Welle
achte Welle
03 erste Bremse
04 zweite Bremse
18 erste Kupplung
38 zweite Kupplung
45 vierte Kupplung
46 fünfte Kupplung
56 sechste Kupplung
57 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, 18, 38, 45, 46, 56, 57), umfassend Bremsen (03, 04) und Kupplungen (18, 38, 45, 46, 56, 57), deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle (1 ) und der Abtriebswelle (2) bewirkt, so dass mindestens zehn Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar sind, wobei das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes (P1 ) mit der Antriebswelle (1 ) verbunden ist, welche mit den Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes (P3) verbunden und über eine erste Kupplung (18) mit der mit dem Steg des vierten Planetenradsatzes (P4) verbundenen achten Welle (8) lösbar verbindbar ist, wobei die achte Welle (8) über eine zweite Kupplung (38) mit der dritten Welle (3) lösbar verbindbar ist, die mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes (P3) verbunden und über eine erste Bremse (03) an den Steg des ersten Planetenradsatzes (P1 ) ankoppelbar ist, der an das Gehäuse (G) gekoppelt ist, wobei die vierte Welle (4) mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbunden und über eine zweite Bremse (04) an den Steg des ersten Planetenradsatzes (P1 ) ankoppelbar ist und die siebte Welle (7) mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (P1 ) verbunden und über eine dritte Kupplung (57) mit der mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (P2) und dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes (P4) verbundenen fünften Welle (5) lösbar verbindbar ist, wobei die sechste Welle (6) mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes (P2) und dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes (P3) verbunden ist, die Abtriebswelle (2) mit dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes (P4) verbunden ist und wobei eine vierte, fünfte oder sechste Kupplung (45, 46, 56) vorgesehen ist, durch deren Schließen der zweite Planetenradsatz (P2) verb- lockbar ist.
2. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Kupplung (45) als Kupplung ausgeführt ist, welche das Sonnenrad mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (P2) lösbar verbindet, dass die fünfte Kupp- lung (46) als Kupplung ausgeführt ist, welche das Sonnenrad mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes (P2) lösbar verbindet und dass die sechste Kupplung (56) als Kupplung ausgeführt ist, welche das Hohlrad mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes (P2) lösbar verbindet.
3. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetenradsatz (P1 ) als Plus-Planetenradsatz ausgeführt ist, wobei der zweite, dritte und vierte Planetenradsatz (P2, P3, P4) als Minus-Planetenradsätze ausgebildet sind.
4. 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.
5. Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kupplung (38) als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt ist.
6. Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass eine vierte Kupplung (45) vorgesehen ist, welche das Sonnenrad mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (P2) lösbar verbindet , sich der erste Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten Bremse (03) und der zweiten und vierten Kupplung (38, 45), der zweite Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten und zweiten Bremse (03, 04) und der zweiten Kupplung (38), der dritte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse (04) und der zweiten und vierten Kupplung (38, 45), der vierte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse (04) und der zweiten und dritten Kupplung (38, 57), der fünfte Vorwärts- Gang durch Schließen der zweiten Bremse (04) und der ersten und zweiten Kupplung (18, 38), der sechste Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten, zweiten und vierten Kupplung (18, 38, 45), der siebte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten, dritten und vierten Kupplung (18, 57, 45), der achte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse (04) und der ersten und vierten Kupplung (18, 45), der neunte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten Bremse (03) und der ersten und vierten Kupplung (18, 45) und dass sich der zehnte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten und zweiten Bremse (03, 04) und der ersten Kupplung (18) ergibt, wobei sich der Rückwärtsgang durch Schließen der ersten Bremse (03) und der zweiten und dritten Kupplung (38, 57) ergibt, wobei, für den Fall, dass eine fünfte Kupplung (46) vorgesehen ist, welche das Sonnenrad mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes (P2) lösbar verbindet, die vierte Kupplung (45) durch die fünfte Kupplung (46) ersetzt wird und wobei für den Fall, dass eine sechste Kupplung (56) vorgesehen ist, welche das Hohlrad mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes (P2) lösbar verbindet, die vierte Kupplung (45) durch die sechste Kupplung (56) ersetzt wird.
7. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der siebte Vorwärtsgang alternativ durch Schließen der ersten Bremse (03) und der ersten und dritten Kupplung (18, 57) oder durch Schließen der zweiten Bremse (04) und der ersten und dritten Kupplung (18, 57) oder durch Schließen der ersten, zweiten und dritten Kupplung (18, 38, 57) ergibt.
8. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den zehn Vorwärtsgängen durch Schließen der zweiten, dritten und vierten Kupplung (38, 57, 45) ein weiterer Vorwärts-Gang realisierbar ist, dessen Übersetzung zwischen den Übersetzungen des fünften und des sechsten Vorwärtsgangs liegt.
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