WO2009106408A1

WO2009106408A1 - Mehrstufengetriebe

Info

Publication number: WO2009106408A1
Application number: PCT/EP2009/051227
Authority: WO
Inventors: Gert Bauknecht; Gerhard Gumpoltsberger; Peter Ziemer; Mark Mohr
Original assignee: Zf Friedrichshafen Ag
Priority date: 2008-02-28
Filing date: 2009-02-04
Publication date: 2009-09-03
Also published as: RU2010139569A; EP2245335A1; US20110009228A1; KR101578239B1; CN101970902A; US8210981B2; DE102008000428A1; CN101970902B; EP2245335B1; KR20100124731A; JP2011513661A

Abstract

Das Mehrstufengetriebe mit neun Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang umfasst vier Planetensätze (P1, P2, P3, P4), acht drehbare Wellen (1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9) und sechs Schaltelemente (03, 05, 14, 16, 18, 49), wobei der erste und der zweite Planetensatz (P1, P2) einen schaltbaren Vorschaltradsatz bilden und der dritte und der vierte Planetensatz (P3, P4) den Hauptradsatz bilden, wobei die Stege der Planetensätze (P1, P2) über die Welle (4) miteinander gekoppelt sind, welche mit dem Sonnenrad des Planetensatzes (P3) verbunden ist, wobei das Hohlrad des Planetensatzes (P1) mit dem Sonnenrad des Planetensatzes (P2) über die Welle (8) gekoppelt ist, welche über eine Kupplung (18) mit der Antriebswelle (1) verbindbar ist, wobei das Sonnenrad des Planetensatzes (P1) mittels der Welle (3) über eine Bremse (03) an ein Gehäuse (G) ankoppelbar und über eine Kupplung (13) mit der Antriebswelle (1) verbindbar ist und das Hohlrad des Planetensatzes (P2) mittels der Welle (5) über eine Bremse (05) an ein Gehäuse (G) ankoppelbar ist, wobei das Sonnenrad des Planetensatzes (P4) als eine nichtdrehbare Welle (7) an ein Gehäuse (G) gekoppelt ist, wobei die Welle (6) mit dem Steg des Planetensatzes (P3) verbunden und über die Kupplung (16) mit der Antriebswelle (1) verbindbar ist, wobei die Welle (9) mit dem Hohlrad des Planetensatzes (P4) verbunden und über die Kupplung (49) mit der Welle (4) verbindbar ist und wobei die Abtriebswelle (2) mit dem Hohlrad des Planetensatzes (P3) und dem Steg des Planetensatzes (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 Planetensätze, die mittels Reibungs- bzw. Schaltelementen, wie etwa Kupplungen und Bremsen, geschaltet werden und üblicherweise mit einem einer Schlupfwirkung unterliegenden und wahlweise mit einer Überbrü- ckungskupplung versehenen Anfahrelement, wie etwa einem hydrodynamischen Drehmomentwandler oder einer Strömungskupplung, verbunden sind.

Ein derartiges Getriebe geht aus der EP 0 434 525 A1 hervor. Es um- fasst im Wesentlichen eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle, die parallel zueinander angeordnet sind, einen konzentrisch zur Abtriebswelle angeordneten Doppelplanetenradsatz und fünf Schaltelemente in der Form von drei Kupplungen und zwei Bremsen, deren wahlweise Sperrung jeweils paarweise die verschiedenen Gangübersetzungen zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle bestimmt. Hierbei weist das Getriebe einen Vorschaltradsatz und zwei Leistungswege auf, so dass durch das selektive paarweise Eingreifen der fünf Schaltelemente sechs Vorwärtsgänge erzielt werden.

Hierbei werden bei dem ersten Leistungsweg zwei Kupplungen zur Übertragung des Drehmomentes vom Vorschaltradsatz zu zwei Elementen des Doppelplanetenradsatzes benötigt. Diese sind in Kraftflussrichtung im Wesentlichen hinter dem Vorschaltradsatz in Richtung Doppelplanetenradsatz angeordnet. Bei dem zweiten Leistungsweg ist eine weitere Kupplung vorgesehen, die diesen mit einem weiteren Element des Doppelplanetenradsatzes lösbar verbindet. Hierbei sind die Kupplungen derart angeordnet, dass der Innenlamel- lenträger den Abtrieb bildet.

Des weiteren ist aus der DE 199 49 507 A1 der Anmelderin ein Mehrstufengetriebe bekannt, bei dem an der Antriebswelle zwei nicht schaltbare Vorschaltradsätze vorgesehen sind, die ausgangsseitig zwei Drehzahlen erzeugen, die neben der Drehzahl der Antriebswelle wahlweise auf einen auf die Abtriebswelle wirkenden, schaltbaren Doppelplanetenradsatz durch selektives Schließen der verwendeten Schaltelemente derart schaltbar sind, dass zum Umschalten von einem Gang in den jeweils nächstfolgenden höheren oder niedrigeren Gang von den beiden gerade betätigten Schaltelementen jeweils nur ein Schaltelement zu- oder abgeschaltet werden muss.

Aus der DE 199 12 480 A1 ist ein automatisch schaltbares Kraftfahrzeuggetriebe mit drei Einsteg-Planetensätzen sowie drei Bremsen und zwei Kupplungen zum Schalten von sechs Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang und mit einer Antriebs- sowie einer Abtriebswelle bekannt. Das automatisch schaltbare Kraftfahrzeuggetriebe ist derart ausgebildet, dass die Antriebswelle direkt mit dem Sonnenrad des zweiten Planetensatzes verbunden ist und dass die Antriebswelle über die erste Kupplung mit dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes und/oder über die zweite Kupplung mit dem Steg des ersten Planetensatzes verbindbar ist. Zusätzlich oder alternativ ist das Sonnenrad des ersten Planetensatzes über die erste Bremse mit dem Gehäuse des Getriebes und/oder der Steg des ersten Planetensatzes über die zweite Bremse mit dem Gehäuse und/oder dem Sonnenrad des dritten Planetensatzes über die dritte Bremse mit dem Gehäuse verbindbar.

Des weiteren ist aus der DE 102 13 820 A1 ein Mehrgangautomatikgetriebe bekannt, umfassend einen ersten Eingangspfad T1 eines ersten Übersetzungsverhältnisses; einen Eingangspfad T2, der ein größeres Übersetzungsverhältnis als dieser Eingangspfad T1 hat; einen Planetenradsatz mit vier Elementen, wobei die vier Elemente ein erstes Element, ein zweites Element, ein drittes Element und ein viertes Element in der Reihenfolge der Elemente in einem Drehzahldiagramm sind; eine Kupplung C-2, die eine Drehung des Eingangspfads T2 auf das erste Element S3 überträgt; eine Kupplung C-1 , die die Drehung von dem Eingangspfad T2 auf das vierte Element S2 überträgt; eine Kupplung C-4, die eine Drehung von dem Eingangspfad T1 auf das erste Element überträgt; eine Kupplung C-3, die die Drehung von dem Eingangspfad T1 auf das zweite Element C3 überträgt; eine Bremse B-1 , die den Eingriff des vierten Elements herstellt; eine Bremse B-2, die den Eingriff des zweiten Elements herstellt; und ein Abtriebselement, das mit dem dritten Element R3 gekoppelt ist.

Im Rahmen der DE 101 15 983 A1 der Anmelderin wird ein Mehrstufengetriebe beschrieben, mit einer Antriebswelle, die mit einem Vorschaltsatz verbunden ist, mit einer Abtriebswelle, die mit einem Nachschaltsatz verbunden ist, und mit maximal sieben Schaltelementen, durch deren wahlweises Schalten mindestens sieben Vorwärtsgänge ohne Gruppenschaltung schaltbar sind. Der Vorschaltsatz wird aus einem Vorschalt-Planetenradsatz oder maximal zwei nicht schaltbaren, mit dem ersten Vorschalt-Planetenradsatz gekoppelten Vor- schalt-Planetenradsätzen gebildet, wobei der Nachschaltsatz als Zweisteg- Vierwellen-Getriebe mit zwei schaltbaren Nachschalt-Planetenradsätzen ausgebildet ist und vier freie Wellen aufweist. Die erste freie Welle dieses Zweisteg-Vierwellen-Getriebes ist mit dem ersten Schaltelement verbunden, die zweite freie Welle mit dem zweiten und dritten Schaltelement, die dritte freie Welle mit dem vierten und fünften Schaltelement und die vierte freie Welle ist mit der Abtriebswelle verbunden. Für ein Mehrstufengetriebe mit insgesamt sechs Schaltelementen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die dritte freie Welle oder die erste freie Welle des Nachschaltsatzes zusätzlich mit einem sechsten Schaltelement zu verbinden. Für ein Mehrstufengetriebe mit insgesamt sieben Schaltelementen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die dritte freie Welle zusätzlich mit einem sechsten Schaltelement D' und die erste freie Welle zusätzlich mit einem siebten Schaltelement zu verbinden.

Ferner ist im Rahmen der DE 101 15 987 der Anmelderin ein Mehrstufengetriebe mit mindestens sieben Gängen beschrieben. Dieses Getriebe besteht neben der Antriebswelle und der Abtriebswelle aus einem nicht schaltbaren Vorschaltradsatz und einem schaltbaren Nachschaltradsatz in Form eines Zweisteg-Vierwellen-Getriebes. Der Vorschaltradsatz besteht aus einem ersten Planetenradsatz, welcher neben der Eingangsdrehzahl der Antriebswelle eine zweite Drehzahl anbietet, die wahlweise auf einen Nachschaltradsatz geschaltet werden kann. Der Nachschaltradsatz besteht aus zwei schaltbaren Planetenradsätzen, welche mit den sechs Schaltelementen mindestens sieben Gänge schalten kann, wobei zwei Leistungswege gebildet werden. Dabei werden bei jedem Schaltvorgang in vorteilhafter Weise stets Gruppenschaltungen vermieden.

Ein 9-Gang-Mehrstufengetriebe ist ferner aus der DE 29 36 969 bekannt; es umfasst acht Schaltelemente und vier Radsätze, wobei ein Radsatz als Vorschaltgetriebe dient und das Hauptgetriebe einen Simpson-Satz und einen weiteren als Umkehrgetriebe dienenden Radsatz aufweist.

Weitere Mehrstufengetriebe sind beispielsweise aus der DE 102004040597 A1 , der DE 102005010210 A1 und der DE102006006637 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 Doppelschaltun- gen vermeiden, so dass bei Schaltungen in definierten Ganggruppen jeweils nur ein Schaltelement gewechselt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehrstufengetriebe der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welches mindestens neun Vorwärtsgänge und mindestens einen Rückwärtsgang mit ausreichender Übersetzung aufweist, bei dem der Bauaufwand und die Baugröße, insbesondere die Baulänge, bzw. das Gewicht optimiert werden und zudem der Wirkungsgrad hinsichtlich der Schlepp- und Verzahnungsverluste verbessert wird. Zudem sollen bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe geringe Stützmomente auf die Schaltelemente wirken. Insbesondere soll das erfindungsgemäße Getriebe für eine Front-Quer-Bauweise geeignet sein.

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 vorzugsweise als Minus -Radsätze ausgebildete Planetensätze, im Folgenden als erster, zweiter, dritter und vierter Planetensatz bezeichnet, mindestens acht drehbare Wellen - im Folgenden als Antriebswelle, Abtriebswelle, dritte, vierte, fünfte, sechste, achte und neunte Welle bezeichnet - , eine nichtdrehbare Welle - im folgenden als siebte 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 ist. Gemäß der Erfindung bilden der erste und der zweite Planetensatz, die vorzugsweise als Minus-Planetensätze ausgebildet sind, einen schaltbaren Vorschaltradsatz, wobei der dritte und der vierte Planetensatz einen Hauptradsatz bilden.

Erfindungsgemäß ist bei dem Mehrstufengetriebe vorgesehen, dass die Stege des ersten und des zweiten Planetensatzes über die vierte Welle miteinander gekoppelt sind, welche mit dem Sonnenrad des dritten Planetensatzes verbunden ist, dass das Hohlrad des ersten Planetensatzes mit dem Sonnenrad des zweiten Planetensatzes 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 Planetensatzes mittels der fünften Welle über eine zweite Bremse an ein Gehäuse des Getriebes ankoppelbar ist.

Gemäß der Erfindung ist das Sonnenrad des vierten Planetensatzes ü- ber die siebte Welle ständig an ein Gehäuse des Getriebes gekoppelt, wobei die sechste Welle ständig mit dem Steg des dritten Planetensatzes verbunden und über eine dritte Kupplung mit der Antriebswelle lösbar verbindbar ist und wobei die neunte Welle ständig mit dem Hohlrad des vierten Planetensatzes verbunden und über eine vierte Kupplung mit der vierten Welle lösbar verbindbar ist; die Abtriebswelle ist gemäß der Erfindung ständig mit dem Hohlrad des dritten Planetensatzes und dem Steg des vierten Planetensatzes verbunden.

Vorzugsweise sind die den Vorschaltradsatz bildenden Planetensätze radial betrachtet übereinander angeordnet, wodurch sich die insgesamt vier Planetensätze räumlich axial betrachtet auf drei Radsatzebenen beschränken. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können zusätzlich oder alternativ dazu die den Hauptradsatz bildenden Planetensätze radial betrachtet übereinander angeordnet sein, so dass sich die insgesamt vier Planetensätze in vorteilhafter Weise räumlich axial betrachtet auf zwei Radsatzebenen beschränken können. Durch diese Konzeption kann das Getriebe axial klein dimensioniert werden, so dass eine Front - Quer - Bauweise ermöglicht wird.

Die Anordnung zweier Planetensätze übereinander kann insbesondere dann ermöglicht werden, wenn die Standübersetzungen der Planetensätze betragsmäßig hinreichend klein sind.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Mehrstufengetriebes ergeben sich insbesondere für Personenkraftwagen geeignete Übersetzungen sowie eine erhebliche Erhöhung der 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 sehr guter Wirkungsgrad in den Hauptfahrgängen bezüglich der Schlepp- und Verzahnungsverluste.

Ferner liegen geringe Momente in den Schaltelementen und in den Planetensätzen des Mehrstufengetriebes vor, wodurch der Verschleiß bei dem Mehrstufengetriebe in vorteilhafter Weise reduziert wird. Zudem wird durch die geringen Momente und die Anordnung der Planetensätze 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 Planetensätzen 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;

Figur 2: Eine schematische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;

Figur 3: Eine schematische Ansicht einer dritten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;

Figur 4: Eine schematische Ansicht einer vierten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;

Figur 5: Eine schematische Ansicht einer fünften bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes; und Figur 6: Ein beispielhaftes Schaltschema für ein Mehrstufengetriebe gemäß Figuren 1 , 2, 3, 4 und 5.

In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe mit einer Antriebswelle 1 und einer Abtriebswelle 2 dargestellt, welche in einem Gehäuse G angeordnet sind. Es sind vier Planetensätze P1 , P2, P3 und P4 vorgesehen, wobei der erste und der zweite Planetensatz P1 , P2, die vorzugsweise als Minus-Planetensätze ausgebildet sind, einen schaltbaren Vorschaltradsatz bilden und wobei der dritte und der vierte Planetensatz P3, P4, die vorzugsweise ebenfalls als Minus-Planetensätze ausgebildet sind, den Hauptradsatz bilden.

Wie aus Figur 1 ersichtlich, sind sechs Schaltelemente, nämlich zwei Bremsen 03, 05 und vier Kupplungen 13, 16, 18 und 49 vorgesehen. Die räumliche Anordnung der Schaltelemente kann beliebig sein und wird nur durch die Abmessungen und die äußere Formgebung begrenzt.

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, 8 und 9.

Erfindungsgemäß ist bei dem Mehrstufengetriebe gemäß Figur 1 vorgesehen, dass die Stege des ersten und des zweiten Planetensatzes P1 , P2 über die Welle 4 miteinander gekoppelt sind, welche mit dem Sonnenrad des Planetensatzes P3 des Hauptradsatzes verbunden ist, wobei das Hohlrad des ersten Planetensatzes P1 mit dem Sonnenrad des zweiten Planetensatzes P2 über die Welle 8 gekoppelt ist, welche über eine Kupplung 18 mit der Antriebswelle 1 lösbar verbindbar ist.

Des weiteren ist das Sonnenrad des ersten Planetensatzes P1 mittels der Welle 3 über eine Bremse 03 an ein Gehäuse G des Getriebes ankoppel- bar und über eine Kupplung 13 mit der Antriebswelle 1 lösbar verbindbar, wobei das Hohlrad des zweiten Planetensatzes P2 mittels der Welle 5 über eine Bremse 05 an ein Gehäuse G des Getriebes ankoppelbar ist. Vorzugsweise weisen die Kupplung 13 und die Bremse 03 einen gemeinsamen Innenlamel- lenträger auf.

Ferner ist das Sonnenrad des vierten Planetensatzes P4 über die Welle 7 ständig an ein Gehäuse des Getriebes gekoppelt, wobei die Welle 6 ständig mit dem Steg des dritten Planetensatzes P3 verbunden und über die Kupplung 16 mit der Antriebswelle 1 lösbar verbindbar ist und wobei die Welle 9 ständig mit dem Hohlrad des vierten Planetensatzes P4 verbunden und über die Kupplung 49 mit der Welle 4 lösbar verbindbar ist. Erfindungsgemäß ist die Abtriebswelle 2 ständig mit dem Hohlrad des dritten Planetensatzes P3 und dem Steg des vierten Planetensatzes P4 verbunden.

Bei den in den beigefügten Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen, das sich insbesondere für eine Front-Quer-Bauweise eignen, sind die den Vor- schaltradsatz bildenden Planetensätze P1 , P2 und die den Hauptradsatz bildenden Planetensätze jeweils radial betrachtet übereinander angeordnet, wodurch sich die insgesamt vier Planetensätze räumlich axial betrachtet auf zwei Radsatzebenen beschränken. Gemäß weiteren Ausführungsformen können die Planetensätze axial betrachtet in der Reihenfolge P4, P3, P2, P1 angeordnet sein.

Des weiteren können, wie in Figur 1 sowie in den weiteren Figuren gezeigt, die Kupplung 18 und/oder die Kupplung 49 als formschlüssige Schaltelemente bzw. als Klauenschaltelemente ausgeführt sein; dies wird dadurch ermöglicht, dass diese Schaltelemente ausschließlich bei Hochschaltungen abgeschaltet werden, wie anhand der Beschreibung der Figur 6 erläutert wird. Die weiteren Schaltelemente sind vorzugsweise als Reibschaltelemente ausgebildet. Wie aus Figur 1 ersichtlich sind die Kupplungen 16 und 18 axial betrachtet zwischen dem Hauptradsatz und dem Vorschaltradsatz angeordnet, was in vorteilhafter Weise darin resultiert, dass durch den Betrieb der als Reibschaltelement ausgeführten Kupplung 16 verursachte wahrnehmbare Quietschgeräusche reduziert bzw. vermieden werden.

Das in Figur 2 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 dadurch, dass die Kupplung 16 axial betrachtet in Kraftflussrichtung vor dem Hauptradsatz angeordnet ist, so dass sich die Reihenfolge Kupplung 16, Hauptradsatz, Vorschaltradsatz ergibt.

In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Kupplungen 16 und 18 axial betrachtet zwischen dem Hauptradsatz und dem Vorschaltradsatz angeordnet sind, wobei im Gegensatz zu dem in Figur 1 gezeigten Getriebe die Abtriebswelle 2 durch den Radsatz P4 hindurchgeführt ist.

Das in Figur 4 dargestellte erfindungsgemäße Getriebe unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 dadurch, dass zusätzlich zu den Kupplungen 16 und 18 auch die Kupplung 13 axial betrachtet zwischen dem Hauptradsatz und dem Vorschaltradsatz angeordnet ist. Hierbei können die Kupplungen 13 und 16, für den Fall, dass sie als Lamellenschaltelemente ausgeführt sind, einen gemeinsamen Außenlamellenträger aufweisen. Durch diese Anordnung werden die von den Reibschaltelementen 13 und 16 wahrnehmbaren verursachten Geräusche signifikant reduziert bzw. vermieden. Des weiteren ist die Abtriebswelle 2 wie in Figur 2 durch den Radsatz P4 hindurchgeführt.

In Figur 5 ist ein erfindungsgemäßes Getriebe dargestellt, welches sich vom Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 dadurch unterscheidet, dass es in Standardbauweise mit koaxialem Antrieb und Abtrieb ausgeführt ist. Figur 6 ist ein beispielhaftes Schaltschema eines Mehrstufengetriebes gemäß Figuren 1 , 2, 3, 4 und 5, wobei angenommen wird, dass die Kupplungen 18 und 49 als Klauenschaltelemente (d.h. als Klauenkupplungen) ausgeführt sind. Für jeden Gang (mit Ausnahme des vierten Ganges) werden drei Schaltelemente geschlossen. Dem Schaltschema können die jeweiligen Übersetzungen i der einzelnen Gangstufen, der Verzahnungswirkungsgrad η und die Gangsprünge bzw. Stufensprünge φ beispielhaft entnommen werden. Wie Figur 6 zu entnehmen, beträgt der Verzahnungswirkungsgrad η in allen Vorwärtsgänge über 0,98.

Typische Werte für die Standübersetzungen der Planetensätze P1 , P2, P3 und P4 sind jeweils -1 ,80, -1 ,62, -1 ,60 und -1 ,90. Aus Figur 6 wird ersichtlich, dass bei sequentieller Schaltweise Doppelschaltungen bzw. Gruppenschaltungen vermieden werden, da zwei benachbarte Gangstufen zwei Schaltelemente gemeinsam benutzen. Ferner wird ersichtlich, dass eine große Spreizung bei kleinen Gangsprüngen erzielt wird.

Des weiteren sind in vorteilhafter Weise in den Hauptfahrgängen wenige Reibschaltelemente offen: beispielsweise ist im achten und im neunten Gang lediglich ein Reibschaltelement offen, wobei im fünften, sechsten und siebten Gang zwei Reibschaltelemente nicht benötigt werden. Dadurch werden die Schleppmomente aufgrund des geringen Abstandes zwischen den Reibflächen eines Reibschaltelementes im offenen Zustand und des darin enthaltenen Öls bzw. Lüft-Öl -Gemisches reduziert.

Der erste Gang ergibt sich durch Schließen der Kupplungen 18 und 49 und der Bremse 05, der zweite Gang durch Schließen der Bremse 03 und der Kupplungen 18 und 49, der dritte Gang durch Schließen der Kupplungen 13, 49 und 18 und der vierte Gang durch Schließen der Kupplungen 16 und 49. Der vierte Gang wird nur durch den Hauptradsatz erzeugt; gemäß der Erfindung kann im vierten Gang auch zusätzlich eines der Schaltelemente des Vorschalt- radsatzes 03, 05, 13, 18 geschaltet werden, welches dann lastlos bleibt.

Im gezeigten Beispiel ist stellvertretend für die Schaltelemente des Vor- schaltradsatzes die Klauenkupplung 18 als optional zu schaltendes Schaltelement für den vierten Gang ausgewählt. Wenn beispielsweise im vierten Gang neben den Kupplungen 16 und 49 die Bremse 03 geschlossen ist, ist eine Rückschaltung vom achten in den vierten Gang durch Abschalten eines Schaltelementes und Zuschalten eines weiteren Schaltelementes möglich, wobei das Gleiche für eine Rückschaltung vom neunten in den vierten Gang gilt, wenn neben den Kupplungen 16 und 49 die Bremse 05 geschlossen ist.

Ferner ergibt sich der fünfte Gang, der vorzugsweise als Direktgang ausgebildet ist, durch Schließen der Kupplungen 13, 16 und 18, der sechste Gang durch Schließen der Bremse 03 und der Kupplungen 16 und 18, der siebte Gang durch Schließen der Bremse 05 und der Kupplungen 16 und 18, der achte Gang durch Schließen der Bremsen 03 und 05 und der Kupplung 16 und der neunte Gang durch Schließen der Bremse 05 und der Kupplungen 13 und 16. Wie aus dem Schaltschema ersichtlich, ergibt sich der Rückwärtsgang durch Schließen der Bremse 05 und der Kupplungen 13 und 49.

Dadurch, dass im ersten Vorwärtsgang und im Rückwärtsgang die Bremse 05 und die Kupplung 49 geschlossen sind, können diese Schaltelemente (als Reibschaltelemente ausgeführt) als Anfahrelemente eingesetzt werden.

Gemäß der Erfindung können sich auch bei gleichem Getriebeschema je nach Schaltlogik unterschiedliche Gangsprünge ergeben, so dass eine anwen- dungs- bzw. fahrzeugspezifische Variation ermöglicht wird. Es ist zudem 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 erfindungsgemäß ein Achsdifferential und/oder ein Verteilerdifferential angeordnet werden.

Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung 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 Motors verbunden ist.

Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe ermöglicht außerdem die Anordnung eines Torsionsschwingungsdämpfers zwischen Motor 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 e- lekthscher 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 lastschaltende 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.

Selbstverständlich fällt auch jede konstruktive Ausbildung, insbesondere jede räumliche Anordnung der Planetensätze und der Schaltelemente an sich sowie zueinander und soweit technisch sinnvoll, unter den Schutzumfang der vorliegenden Ansprüche, ohne die Funktion des Getriebes, wie sie in den Ansprüchen angegeben ist, zu beeinflussen, auch wenn diese Ausbildungen nicht explizit in den Figuren oder in der Beschreibung dargestellt sind.

Bezuqszeichen

1 Welle

2 Abtriebswelle

3 Welle

4 Welle

5 Welle

6 Welle

7 Welle

8 Welle

9 Welle

03 Bremse

05 Bremse

13 Kupplung

16 Kupplung

18 Kupplung

49 Kupplung

P1 Planetensatz

P2 Planetensatz

P3 Planetensatz

P4 Planetensatz i Übersetzung

Φ Stufensprung η Verzahnungswirkungsgrad

G Gehäuse

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere Automatgetriebe für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Antriebswelle (1 ) und eine Abtriebswelle (2), welche in einem Gehäuse (G) angeordnet sind, vier Planetensätze (P1 , P2, P3, P4), mindestens acht drehbare Wellen (1 , 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9) sowie mindestens sechs Schaltelemente (03, 05, 13, 16, 18, 49), umfassend Bremsen (03, 05) und Kupplungen (13, 16, 18, 49), deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle (1 ) und der Abtriebswelle (2) bewirkt, so dass mindestens neun Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar sind, wobei der erste und der zweite Planetensatz (P1 , P2) einen schaltbaren Vorschaltradsatz bilden und der dritte und der vierte Planetensatz (P3, P4) den Hauptradsatz bilden, wobei die Stege des ersten und des zweiten Planetensatzes (P1 , P2) über die Welle (4) miteinander gekoppelt sind, welche mit dem Sonnenrad des dritten Planetensatzes (P3) verbunden ist, wobei das Hohlrad des ersten Planetensatzes (P1 ) mit dem Sonnenrad des zweiten Planetensatzes (P2) über die Welle (8) gekoppelt ist, welche über eine Kupplung (18) mit der Antriebswelle (1 ) lösbar verbindbar ist, wobei das Sonnenrad des ersten Planetensatzes (P1 ) mittels der Welle (3) über eine Bremse (03) an ein Gehäuse (G) des Getriebes ankoppelbar und über eine Kupplung (13) mit der Antriebswelle (1 ) lösbar verbindbar ist und das Hohlrad des zweiten Planetensatzes (P2) mittels der Welle (5) über eine Bremse (05) an ein Gehäuse (G) des Getriebes ankoppelbar ist, wobei das Sonnenrad des vierten Planetensatzes (P4) eine nichtdrehbare Welle (7) ständig an ein Gehäuse (G) des Getriebes gekoppelt ist, wobei die Welle (6) ständig mit dem Steg des dritten Planetensatzes (P3) verbunden und über die Kupplung (16) mit der Antriebswelle (1 ) lösbar verbindbar ist, wobei die Welle (9) ständig mit dem Hohlrad des vierten Planetensatzes (P4) verbunden und über die Kupplung (49) mit der Welle (4) lösbar verbindbar ist und wobei die Abtriebswelle (2) ständig mit dem Hohlrad des dritten Planetensatzes (P3) und dem Steg des vierten Planetensatzes (P4) verbunden ist.

2. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1 , dadurch g e ke n n ze i c h n et , dass die Planetensätze in der Reihenfolge P4, P3, P2, P1 angeordnet sind.

3. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1 , dadurch g e ke n n ze i c h n et , dass die den Vorschaltradsatz bildenden Planetensätze (P1 , P2) radial betrachtet übereinander angeordnet sind.

4. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1 oder 3, dadurch g e ke n n ze i c h n et , dass die den Hauptradsatz bildenden Planetensätze (P3, P4) radial betrachtet übereinander angeordnet sind.

5. Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e ke n n z e i c h n et , dass die Kupplung (18) axial betrachtet zwischen dem Hauptradsatz und dem Vorschaltradsatz angeordnet ist.

6. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 5, dadurch g e ke n n ze i c h n et , dass die Kupplung (16) axial betrachtet zwischen dem Hauptradsatz und dem Vorschaltradsatz angeordnet ist.

7. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 6, dadurch g e ke n n ze i c h n et , dass die Kupplung (13) axial betrachtet zwischen dem Hauptradsatz und dem Vorschaltradsatz angeordnet ist.

8. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 7, dadurch g e ke n n ze i c h n et , dass die Kupplungen (13) und (16) als Lamellenschaltelemente einen gemeinsamen Außenlamellenträger aufweisen.

9. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch geken n zei ch n et, dass die Abtriebswelle (2) durch den Radsatz P4 hindurchgeführt wird.

10. Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch geken n zei ch n et, dass die Kupplung (18) und/oder die Kupplung (49) als Klauenschaltelemente ausgeführt sind, wobei die Kupplungen (13, 16) und die Bremsen (03, 05) als Reibschaltelemente ausgeführt sind.

11. Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch geken n zei ch n et, dass neun Vorwärtsgänge realisierbar sind, wobei sich der erste Gang durch Schließen der Kupplungen (18) und (49) und der Bremse (05) der zweite Gang durch Schließen der Bremsen (03) und der Kupplungen (18) und (49), der dritte Gang durch Schließen der Kupplungen

(13), (49) und (18), der vierte Gang durch Schließen der Kupplung (16) und (49) und optional eines der Schaltelemente (03, 05, 13, 18), der fünfte Gang durch Schließen der Kupplungen (13), (16) und (18), der sechste Gang durch Schließen der Bremse (03) und der Kupplungen (16) und (18), der siebte Gang durch Schließen der Bremse (05) und der Kupplungen (16) und (18), der achte Gang durch Schließen der Bremsen (03) und (05) und der Kupplung (16) und der neunte Gang durch Schließen der Bremse (05) und der Kupplungen (13) und (16) ergibt.

12. Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch geken n zei ch n et, dass sich der Rückwärtsgang durch Schließen der Bremse (05) und der Kupplungen (13) und (49) ergibt.

13. Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch geken n zei ch n et, dass zwischen den Wellen (1 , 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9) und dem Gehäuse (G) Freiläufe einsetzbar sind.

14. Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch geken n zei ch n et, dass auf der Antriebsseite oder der Abtriebsseite ein Achs- und/oder ein Verteilerdifferential angeordnet ist.

15. Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch geken n zei ch n et, dass die Antriebswelle (1 ) durch ein Kupplungselement von einem Antriebs-Motor trennbar ist.

16. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 15, dadurch geken n zei ch n et, dass als Kupplungselement ein hydrodynamischer Wandler, eine hydraulische Kupplung, eine trockene Anfahrkupplung, eine nasse Anfahrkupplung, eine Magnetpulverkupplung oder eine Fliehkraftkupplung vorgesehen ist.

17. Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch geken n zei ch n et, dass in Kraftflussrichtung hinter dem Getriebe ein externes Anfahrelement anordbar ist, wobei die Antriebswelle (1) fest mit der Kurbelwelle des Motors verbunden ist.

18. Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch geken n zei ch n et, dass das Anfahren mittels eines Schaltelements (05, 49) des Getriebes erfolgt.

19. Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch geken n zei ch n et, dass zwischen Motor und Getriebe ein Tor- sionsschwingungsdämpfer anordbar ist.

20. Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch geken n zei ch n et, dass auf jeder Welle (1 , 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9) eine verschleißfreie Bremse anordbar ist.

21. Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch geken n zei ch n et, dass zum Antrieb von zusätzlichen Aggregaten auf jeder Welle ein Nebenabtrieb anordbar ist.

22. Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch geken nzeich net, dass auf jeder Welle als Generator und/oder als zusätzliche Antriebsmaschine eine elektrische Maschine anbringbar ist.