EP2864668A1 - Mehrstufengetriebe - Google Patents

Mehrstufengetriebe

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Publication number
EP2864668A1
EP2864668A1 EP13723097.5A EP13723097A EP2864668A1 EP 2864668 A1 EP2864668 A1 EP 2864668A1 EP 13723097 A EP13723097 A EP 13723097A EP 2864668 A1 EP2864668 A1 EP 2864668A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
planetary gear
clutch
closing
brake
gear set
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Withdrawn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
EP13723097.5A
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 EP2864668A1 publication Critical patent/EP2864668A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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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    • 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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    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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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, 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 eleven forward gears and a 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 executed 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 eleven 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 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 seventh shaft, which via a first clutch with the third shaft solves bar is connected, which is connected to the sun gear of the second planetary gear set and the web of the third planetary gear and coupled via a first brake to the housing.
  • the seventh shaft is also detachably connectable via a second clutch with the fifth shaft, which is connected to the ring gear of the third planetary gear and releasably connectable via a third clutch with the eighth shaft connected to the web of the second planetary gear set, wherein the eighth shaft via a fourth clutch with the connected to the sun gear of the third planetary gear set and the sun gear of the fourth planetary gear set sixth shaft of the transmission is detachably connectable.
  • the drive shaft of the transmission is connected to the web of the first planetary gear set and the ring gear of the second planetary gear set, wherein the fourth shaft connected to the ring gear of the fourth planetary gear set can be coupled to the housing via a second brake and the output shaft of the transmission with the ring gear of the first planetary gear set and the web of the fourth planetary gear set is connected.
  • the inventive design of the multi-speed transmission results in particular for passenger cars suitable translations and increased total spread of the multi-speed transmission, whereby an improvement in ride comfort and a significant consumption reduction can be effected.
  • 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.
  • 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 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 37, 57, 58, 68 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 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 seventh shaft 7, which is detachably connected via a first clutch 37 to the third shaft 3, which with the sun gear of the second planetary gear set P2 and the Web of the third planetary gear set P3 and coupled via a first brake 03 to the housing G can be coupled.
  • the seventh shaft 7 via a second clutch 57 to the fifth shaft 5 detachably connected, which is connected to the ring gear of the third planetary gear set P3 and via a third clutch 58 with the with the Web of the second planetary gearset P2 connected eighth shaft 8 is detachably connectable, which is detachably connectable via a fourth clutch 68 with the connected to the sun gear of the third planetary gear P3 and the sun gear of the fourth planetary gear set P4 sixth shaft 6 of the transmission.
  • the drive shaft 1 is connected to the web of the first planetary gear set P1 and the ring gear of the second planetary gear set P2, wherein the fourth shaft 4 connected to the ring gear of the fourth planetary gear set P4 can be coupled to the housing G via a second brake 04; the output shaft 2 of the transmission is connected to the ring gear of the first planetary gear P1 and the web of the fourth planetary gear set P4.
  • FIG. 2 shows an exemplary circuit diagram of a multistage transmission according to FIG. For each gear three switching elements are closed. The shift pattern, the respective ratios i of the individual grades and the step to be determined therefrom or increments ⁇ are taken to the next higher gear example, the value 1 1, 095 represents the spread of the transmission.
  • the values for the stationary gear ratios of the planetary gear sets P1, P2, P3, P4 which are designed as minus planetary gear sets are -1, 91, -1, 60, -1, 60 and -2.96, respectively. 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 second brakes 03, 04 and the fourth clutch 68, the second forward gear by
  • the eighth forward gear can be switched by further switching combinations, which are denoted in Figure 2 with 8.1, 8.2 and 8.3.
  • the eighth forward speed may be achieved by closing the first, second and third clutches 37, 57, 58 or closing the first, second and fourth clutches 37, 57, 68 or closing the first, third and fourth clutches 37, 58, 68 result.
  • the tenth forward gear can be switched by further switching combinations, which are designated in FIG. 2 as 10.1, 10.2 and 10.3. Accordingly, the tenth forward speed can be achieved by closing the first brake 03 and the first and fourth clutches 37, 68, or by closing the first brake 03 and the first and third clutches 37, 58 or by closing the first and second brakes 03, 04 and the first clutch 37 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, with 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 as the coupling element , 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 multi-disc clutches, band brakes and / or cone clutches.
  • 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.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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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, 37, 57, 58, 68), wobei das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes (P1) mit der siebten Welle (7) verbunden ist, die über eine erste Kupplung (37) mit der dritten Welle (3) verbindbar ist, welche mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes (P2) und dem Steg des dritten Planetenradsatzes (P3) verbunden und über eine erste Bremse (03) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist, wobei die siebte Welle (7) über eine zweite Kupplung (57) mit der fünften Welle (5) verbindbar ist, die mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes (P3) verbunden und über eine dritte Kupplung (58) mit der mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbundenen achten Welle (8) verbindbar ist, welche über eine vierte Kupplung (68) mit der mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes (P3) und dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes (P4) verbundenen sechsten Welle (6) verbindbar ist, wobei die Antriebswelle (1) mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes (P1) und dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbunden ist und wobei die mit dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes (P4) verbundene vierte Welle (4) über eine zweite Bremse (04) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist und die Abtriebswelle (2) mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (P1) und dem Steg 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.
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 elf 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 elf 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 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 siebten Welle verbunden, welche über eine erste Kupplung mit der dritten Welle lös- bar verbindbar ist, welche mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes und dem Steg des dritten Planetenradsatzes verbunden und über eine erste Bremse an das Gehäuse ankoppelbar ist. Die siebte Welle ist zudem über eine zweite Kupplung mit der fünften Welle lösbar verbindbar, welche mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes verbunden und über eine dritte Kupplung mit der mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes verbundenen achten Welle lösbar verbindbar ist, wobei die achte Welle über eine vierte Kupplung mit der mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes und dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes verbundenen sechsten Welle des Getriebes lösbar verbindbar ist.
Des weiteren ist die Antriebswelle des Getriebes mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes und dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden, wobei die mit dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes verbundene vierte Welle über eine zweite Bremse an das Gehäuse ankoppelbar ist und die Abtriebswelle des Getriebes mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und dem Steg des vierten Planetenradsatzes verbunden ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Mehrstufengetriebes 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 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; 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 zwei Bremsen 03, 04 und vier Kupplungen 37, 57, 58, 68 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 Getriebes sind vorzugsweise als Reibschaltelemente bzw. Lamellenschaltelemente ausgeführt, können aber auch als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sein.
Mit diesen Schaltelementen ist ein selektives Schalten von mindestens elf 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 siebten Welle 7 verbunden ist, die über eine erste Kupplung 37 mit der dritten Welle 3 lösbar verbindbar ist, welche mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem Steg des dritten Planetenradsatzes P3 verbunden und über eine erste Bremse 03 an das Gehäuse G ankoppelbar ist.
Bezugnehmend auf Figur 1 ist die siebte Welle 7 über eine zweite Kupplung 57 mit der fünften Welle 5 lösbar verbindbar, welche mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes P3 verbunden und über eine dritte Kupplung 58 mit der mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes P2 verbundenen achten Welle 8 lösbar verbindbar ist, die über eine vierte Kupplung 68 mit der mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes P3 und dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes P4 verbundenen sechsten Welle 6 des Getriebes lösbar verbindbar ist.
Ferner ist die Antriebswelle 1 mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes P1 und dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden, wobei die mit dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes P4 verbundene vierte Welle 4 über eine zweite Bremse 04 an das Gehäuse G ankoppelbar ist; die Abtriebswelle 2 des Getriebes ist mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes P1 und dem Steg des vierten Planetenradsatzes P4 verbunden.
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 1 1 ,095 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 ,91 , -1 ,60, -1 ,60 und -2,96. 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 zweiten Bremse 03, 04 und der vierten Kupplung 68, der zweite Vorwärts-Gang durch
Schließen der zweiten Bremse 04 und der dritten und vierten Kupplung 58, 68, der dritte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse 04 und der zweiten und vierten Kupplung 57, 68, der vierte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse 04 und der ersten und vierten Kupplung 37, 68, der fünfte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse 04 und der ersten und zweiten Kupplung 37, 57, der sechste Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse 04 und der ersten und dritten Kupplung 37, 58, der siebte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse 04 und der zweiten und dritten Kupplung 57, 58, der bei dem gezeigten Beispiel als Direktgang ausgeführte achte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten, dritten und vierten Kupplung 57, 58, 68, der neunte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten Bremse 03 und der zweiten und dritten Kupplung 57, 58, der zehnte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten Bremse 03 und der ersten und zweiten Kupplung 37, 57 und der elfte Vorwärts-Gang ergibt sich durch Schließen der ersten Bremse 03 und der zweiten und vierten Kupplung 57, 68, wobei sich der Rückwärtsgang durch Schließen der ersten und zweiten Bremse 03, 04 und der dritten Kupplung 58 ergibt.
Alternativ kann der achte Vorwärtsgang durch weitere Schaltkombinationen geschaltet werden, die in Figur 2 mit 8.1 , 8.2 und 8.3 bezeichnet sind. Demnach kann sich der achte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten, zweiten und dritten Kupplung 37, 57, 58 oder durch Schließen der ersten, zweiten und vierten Kupplung 37, 57, 68 oder durch Schließen der ersten, dritten und vierten Kupplung 37, 58, 68 ergeben.
Wie aus Figur 2 zudem ersichtlich, kann der zehnte Vorwärtsgang durch weitere Schaltkombinationen geschaltet werden, die in Figur 2 mit 10.1 , 10.2 und 10.3 bezeichnet sind. Demnach kann sich der zehnte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten Bremse 03 und der ersten und vierten Kupplung 37, 68, oder durch Schließen der ersten Bremse 03 und der ersten und dritten Kupplung 37, 58 oder durch Schließen der ersten und zweiten Bremse 03, 04 und der ersten Kupplung 37 ergeben.
Dadurch, dass im ersten Vorwärts-Gang und im Rückwärtsgang die erste und zweite Bremse 03, 04 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 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
37 erste Kupplung
57 zweite Kupplung
58 dritte Kupplung
68 vierte 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, 37, 57, 58, 68), umfassend Bremsen (03, 04) und Kupplungen (37, 57, 58, 68), deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle (1 ) und der Abtriebswelle (2) bewirkt, so dass mindestens elf Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar sind, wobei das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes (P1 ) mit der siebten Welle (7) verbunden ist, die über eine erste Kupplung (37) mit der dritten Welle (3) lösbar verbindbar ist, welche mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes (P2) und dem Steg des dritten Planetenradsatzes (P3) verbunden und über eine erste Bremse (03) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist, wobei die siebte Welle (7) über eine zweite Kupplung (57) mit der fünften Welle (5) lösbar verbindbar ist, die mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes (P3) verbunden und über eine dritte Kupplung (58) mit der mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbundenen achten Welle (8) lösbar verbindbar ist, welche über eine vierte Kupplung (68) mit der mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes (P3) und dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes (P4) verbundenen sechsten Welle (6) lösbar verbindbar ist, wobei die Antriebswelle (1 ) mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes (P1 ) und dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbunden ist und wobei die mit dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes (P4) verbundene vierte Welle (4) über eine zweite Bremse (04) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist und die Abtriebswelle (2) mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (P1 ) und dem Steg 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 einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bremse (04) als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt ist.
5. Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten und zweiten Bremse (03, 04) und der vierten Kupplung (68), der zweite Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse (04) und der dritten und vierten Kupplung (58, 68), der dritte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse (04) und der zweiten und vierten Kupplung (57, 68), der vierte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse (04) und der ersten und vierten Kupplung (37, 68), der fünfte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse (04) und der ersten und zweiten Kupplung (37, 57), der sechste Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse (04) und der ersten und dritten Kupplung (37, 58), der siebte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse (04) und der zweiten und dritten Kupplung (57, 58), der achte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten, dritten und vierten Kupplung (57, 58, 68), der neunte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten Bremse (03) und der zweiten und dritten Kupplung (57, 58), der zehnte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten Bremse (03) und der ersten und zweiten Kupplung (37, 57) und dass sich der elfte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten Bremse (03) und der zweiten und vierten Kupplung (57, 68) ergibt, wobei sich der Rückwärtsgang durch Schließen der ersten und zweiten Bremse (03, 04) und der dritten Kupplung (58) ergibt.
6. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der achte Vorwärtsgang alternativ durch Schließen der ersten, zweiten und dritten Kupplung (37, 57, 58) oder durch Schließen der ersten, zweiten und vierten Kupplung (37, 57, 68) oder durch Schließen der ersten, dritten und vierten Kupplung (37, 58, 68) ergibt und dass sich der zehnte Vorwärtsgang alternativ durch Schließen der ersten Bremse (03) und der ersten und vierten Kupplung (37, 68) oder durch Schließen der ersten Bremse (03) und der ersten und dritten Kupplung (37, 58) oder durch Schließen der ersten und zweiten Bremse (03, 04) und der ersten Kupplung (37) ergibt.
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