WO2012052283A1 - Mehrstufengetriebe - Google Patents

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WO2012052283A1
WO2012052283A1 PCT/EP2011/067263 EP2011067263W WO2012052283A1 WO 2012052283 A1 WO2012052283 A1 WO 2012052283A1 EP 2011067263 W EP2011067263 W EP 2011067263W WO 2012052283 A1 WO2012052283 A1 WO 2012052283A1
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WO
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planetary gear
shaft
gear set
gear
brake
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/067263
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Gumpoltsberger
Christian Sibla
Stefan Beck
Michael Wechs
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
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Filing date
Publication date
Application filed by Zf Friedrichshafen Ag filed Critical Zf Friedrichshafen Ag
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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
    • F16H—GEARING
    • 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
    • F16H—GEARING
    • F16H2200/00—Transmissions for multiple ratios
    • F16H2200/003—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds
    • F16H2200/0052—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds the gear ratios comprising six forward speeds
    • 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
    • F16H—GEARING
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    • F16H2200/20—Transmissions using gears with orbital motion
    • F16H2200/2002—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the number of sets of orbital gears
    • F16H2200/2012—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the number of sets of orbital gears with four sets of orbital gears
    • 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
    • F16H—GEARING
    • F16H2200/00—Transmissions for multiple ratios
    • F16H2200/20—Transmissions using gears with orbital motion
    • F16H2200/203—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the engaging friction means not of the freewheel type, e.g. friction clutches or brakes
    • F16H2200/2043—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the engaging friction means not of the freewheel type, e.g. friction clutches or brakes with five engaging means

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.
  • Such an automatic transmission is known for example from DE 199 49 507 A1 of the applicant;
  • two non-switchable front-gear sets are provided on the output side, the output side generate two speeds that are selectively switchable in addition to the speed of the drive shaft to a force acting on the output shaft, switchable Doppelplanetenradsatz by selectively closing the switching elements used that to switch from a Gear in each case the following higher or lower gear from the two currently operated switching elements only one switching element must be switched on or off.
  • a 9-speed multi-speed transmission known; it comprises eight switching elements and four planetary gear sets, one planetary gear set serving as a primary gear and the main gear has a Simpson set and another serving as a reverse gear planetary gear. Further multi-speed transmissions are for example from the
  • a multi-speed planetary gear transmission which has a drive and an output, which are arranged in a housing.
  • the known transmission at least four planetary gear sets, hereinafter referred to as the first, second, third and fourth planetary gear set, at least eight rotatable shafts - hereinafter referred to as drive shaft, output shaft, third, fourth, fifth, sixth, seventh and eighth shaft and at least six Switching elements, comprising brakes and clutches, provided, the selective intervention causes different ratios between the drive and the output, so that preferably nine forward gears and one reverse gear can be realized.
  • the first and the second planetary gear set which are preferably designed as negative planetary gear sets, that is to say with a negative stationary gear ratio, form a shiftable transfer gearset, the third and the fourth planetary gear set forming a main gearset.
  • the webs of the first and second planetary gear sets are coupled to each other via the fourth shaft, which is connected to an element of the main gearset that the ring gear of the first planetary gear set coupled to the sun gear of the second planetary gear via the eighth shaft is, which is releasably connectable via a first clutch to the drive shaft and that the sun gear of the first planetary gear Set by means of the third shaft via a first brake to a housing of the transmission can be coupled and releasably connected via a second clutch to the drive shaft, wherein the ring gear of the second planetary gear set by means of the fifth shaft via a second brake to a housing of the transmission can be coupled.
  • the seventh shaft with at least one element of the main gearset is constantly connected and coupled via a third brake to the housing of the transmission
  • the sixth shaft is continuously connected to at least one further element of the main gear and releasably connected via a third clutch to the drive shaft
  • the output shaft is permanently connected to at least one further element of the main gearset.
  • the fourth shaft is constantly connected to the ring gear of the third planetary gear set, wherein the sixth shaft is continuously connected to the ring gear of the fourth planetary gear set and the web of the third planetary gear and releasably connectable via the third clutch to the drive shaft.
  • the seventh shaft is constantly connected to the sun gears of the third and fourth planetary gear set and can be coupled via the third brake to a housing of the transmission. The output takes place here via the output shaft permanently connected to the web of the fourth planetary gear set.
  • the third and the fourth planetary gear set may be combined or reduced to form a Ravigneaux set having a common web and a common ring gear.
  • the present invention has for its object to propose a multi-speed transmission of the type mentioned, which has six forward gears and one reverse gear with sufficient translation, in which the construction cost and size, especially the overall length, or the weight are optimized and also the efficiency in terms the drag and gearing losses is improved.
  • small supporting moments act on the shifting elements.
  • Another object of the invention is to allow easy accessibility of the Scheltiata of the transmission. 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 which has a drive and an output, which are arranged in a housing. Furthermore, at least four planetary gear sets, hereinafter referred to as first, second, third and fourth planetary gear set, seven rotatable shafts - hereinafter referred to as drive shaft, output shaft, third, fourth, fifth, sixth and seventh shaft - and at least five preferably designed as a lamellae switching elements Shift elements, comprising four brakes and a clutch, provided, the selective engagement causes different ratios between the drive and the output, so that preferably six forward gears and one reverse gear can be realized.
  • first, second, third and fourth planetary gear set seven rotatable shafts - hereinafter referred to as drive shaft, output shaft, third, fourth, fifth, sixth and seventh shaft - and at least five preferably designed as a lamellae switching elements Shift elements, comprising four brakes and a clutch, provided, the selective engagement causes different ratios between the drive and the output, so that preferably six forward gears and one
  • the planetary gear sets are preferably arranged axially in the order of the first planetary gearset, second planetary gearset, third planetary gearset, fourth planetary gearset or first planetary gearset, second planetary gearset, fourth planetary gearset, third planetary gearset and are preferably configured as minus planetary gear sets.
  • the axial order of the planetary gear sets may be arbitrary.
  • the ring gear at a fixed web on a sun gear opposite direction of rotation.
  • a simple plus planetary gear includes a sun gear, a ring gear and a web on which inner and outer planetary gears are rotatably mounted, wherein all inner planetary gears mesh with the sun gear and all outer planetary gears with the ring gear, each inner planetary gear each having an outer Planet wheel meshes.
  • the ring gear has the same direction of rotation when the web is held on as the sun gear and there is a positive gear ratio translation.
  • the sun gear of the first planetary gear set is connected to the sixth shaft, which is coupled via a first brake to the housing of the transmission, wherein the web of the first planetary gear set is connected to the fifth shaft, which is connected to the sun gear of the second planetary gear set and can be coupled via a second brake to the housing of the transmission and wherein the drive shaft of the transmission is connected to the ring gear of the first planetary gear and the sun gear of the third planetary gear set.
  • the fourth shaft is connected to the ring gear of the third planetary gear set and the web of the second planetary gear set, via a third brake to the housing coupled and releasably connectable via a coupling with the seventh shaft, which with the web of the third planetary gear and the ring gear of fourth planetary gear set is connected.
  • the output shaft is connected to the ring gear of the second planetary gear set and the web of the fourth planetary gear set; the sun gear of the fourth planetary gear set is connected to the third shaft, which can be coupled via a fourth brake to the housing of the transmission.
  • 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.
  • an easy accessibility of these switching elements is ensured by the execution of four switching elements as brakes, since the brakes are arranged on the transmission housing; Furthermore, the execution of four switching elements results as brakes in energy-saving switching operations, as no rotary transformer are required on the brakes.
  • the construction cost is significantly reduced with the multi-stage transmission according to the invention by a small number of switching elements.
  • a start with a hydrodynamic converter, an external starting clutch o- also perform with other suitable external starting elements. It is also conceivable to allow a starting operation with a start-up element integrated in the transmission.
  • a switching element which is actuated in the first forward gear and in reverse is suitable.
  • the transmission according to the invention is designed such that an adaptability to different drive train configurations is made possible both in the power flow direction as well as in space.
  • Figure 1 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.
  • 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 and P4 are formed in the example shown in Figure 1 as negative planetary gear sets.
  • at least one planetary gear set 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 are arranged axially in the order P1, P2, P3, P4.
  • five switching elements namely four brakes 03, 04, 05, 06 and only one clutch 47 are provided.
  • the spatial arrangement of the switching elements can be arbitrary and is limited only by the dimensions and the external shape.
  • the clutch and the brakes of the transmission are preferably designed as Reibschaltemia or lamellar switching elements.
  • the multi-speed transmission according to the invention has a total of seven rotatable shafts, namely the waves 1, 2, 3, 4, 5, 6 and 7, wherein the drive shaft, the first shaft 1 and the output shaft forms the second shaft 2 of the transmission.
  • the sun gear of the first planetary gear P1 is connected to the sixth shaft 6, which is coupled via a first brake 06 to the housing G of the transmission, wherein the web of the first planetary gear P1 with the fifth Shaft 5 is connected, which is connected to the sun gear of the second planetary gear set P2 and coupled via a second brake 05 to the housing G and wherein the drive shaft 1 is connected to the ring gear of the first planetary gear P1 and the sun gear of the third planetary gear set P3.
  • the fourth shaft 4 is connected to the ring gear of the third planetary gear set P3 and the web of the second planetary gear set P2, can be coupled to the housing G via a third brake 04 and can be detachably connected to the seventh shaft 7 via a clutch 47. which is connected to the web of the third planetary gear set P3 and the ring gear of the fourth planetary gear set P4. By closing the clutch 47, the third planetary gear P3 of the transmission is blocked.
  • the output shaft 2 of the transmission is connected to the ring gear of the second planetary gear P2 and the bridge of the fourth planetary gear set P4, wherein the sun gear of the fourth planetary gear set P4 is connected to the third shaft 3, which is coupled via a fourth brake 03 to the housing G.
  • the first, second and third brakes 06, 05, 04 can be arranged axially next to one another, wherein the single clutch 47 can be arranged axially between the second and the third planetary gear set P2, P3.
  • FIG. 2 shows an exemplary circuit diagram of a multistage transmission according to FIG. For each gear two switching elements are closed.
  • the shift scheme, the respective ratios of the individual gear ratios i and the step to be determined therefrom or incremental steps ⁇ are taken to the next higher gear example, the value 7.292 represents the spread of the transmission.
  • Typical values for the stationary gear ratios of the planetary gear sets P1, P2, P3 and P4 designed as minus planetary gear sets are respectively -3.400, -3.200, -3.100 and -3.100. It can be seen from FIG. 2 that in sequential switching mode only one switching element is switched on and one switching element has to be switched off since two adjacent gear stages share a switching element. Further, it will be seen that a large spread is achieved with small gear jumps.
  • the first forward gear is obtained by closing the third and fourth brakes 04, 03, the second forward gear by closing the second and fourth brakes 05, 03, the third forward gear by closing the first and fourth brakes 06, 03, the fourth forward gear by closing the fourth brake 03 and the single clutch 47, the fifth forward gear by closing the first brake 06 and the clutch 47 and the sixth forward gear is obtained by closing the second brake 05 and the clutch 47th , wherein the reverse gear by closing the first and third brake 06, 04 results.
  • this switching element can be used as a starting element.
  • an axle differential and / or a distributor differential can be arranged according to the invention.
  • 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 a 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 switching 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, or form-locking claw switching elements can be used.
  • Another advantage of the multistage transmission presented here is that an electric machine can be mounted on each shaft as a generator and / or as an additional drive machine.

Abstract

Das Mehrstufengetriebe mit sechs Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang umfasst vier Planetenradsätze (P1, P2, P3, P4), sieben drehbare Wellen (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) und fünf Schaltelemente (03, 04, 05, 06, 47), wobei das Sonnenrad des Planetenradsatzes (P1) mit der sechsten Welle (6) verbunden ist, die über eine erste Bremse (06) an das Gehäuse (G) des Getriebes ankoppelbar ist, wobei der Steg des Planetenradsatzes (P1) mit der fünften Welle (5) verbunden ist, die mit dem Sonnenrad des Planetenradsatzes (P2) verbunden und über eine zweite Bremse (05) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist, wobei die Antriebswelle (1) mit dem Hohlrad des Planetenradsatzes (P1) und dem Sonnenrad des Planetenradsatzes (P3) verbunden ist, wobei die vierte Welle (4) mit dem Hohlrad des Planetenradsatzes (P3) und dem des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbunden, über eine dritte Bremse (04) an das Gehäuse (G) ankoppelbar und über eine Kupplung (47) mit der siebten Welle (7) lösbar verbindbar ist, welche mit der Steg des Planetenradsatzes (P3) und dem Hohlrad des Planetenradsatzes (P4) verbunden ist, wobei die Abtriebswelle (2) mit dem Hohlrad des Planetenradsatzes (P2) und dem Steg des Planetenradsatzes (P4) verbunden ist und wobei das Sonnenrad des Planetenradsatzes (P4) mit der dritten Welle (3) verbunden ist, die über eine vierte Bremse (03) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist.

Description

Mehrstufenqetriebe
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere ein Automatgetriebe für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .
Automatgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, umfassen nach dem Stand der Technik Planetenradsätze, die mittels Reibungs- bzw. Schaltelementen, wie etwa Kupplungen und Bremsen, geschaltet werden und üblicherweise mit einem einer Schlupfwirkung unterliegenden und wahlweise mit einer Überbrückungskupplung versehenen Anfahrelement, wie etwa einem hydrodynamischen Drehmomentwandler oder einer Strömungskupplung, verbunden sind.
Ein derartiges Automatgetriebe ist beispielsweise aus der DE 199 49 507 A1 der Anmelderin bekannt; hierbei sind an der Antriebswelle zwei nicht schaltbare Vor- schaltradsätze vorgesehen, 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.
Unter Verwendung von fünf Schaltelementen werden hierbei sieben Vorwärtsgänge erzielt, unter Verwendung von sechs Schaltelementen neun oder zehn Vorwärtsgänge.
Ferner ist aus der DE 29 36 969 A1 ein 9-Gang-Mehrstufengetriebe bekannt; es umfasst acht Schaltelemente und vier Planetenradsätze, wobei ein Planetenradsatz als Vorschaltgetriebe dient und das Hauptgetriebe einen Simpson-Satz und einen weiteren als Umkehrgetriebe dienenden Planetenradsatz aufweist. Weitere Mehrstufengetriebe sind beispielsweise aus der
DE 10 2005 010 210 A1 und der DE 10 2006 006 637 A1 der Anmelderin bekannt.
Automatisch schaltbare Fahrzeuggetriebe in Planetenbauweise im Allgemeinen sind im Stand der Technik bereits vielfach beschrieben und unterliegen einer permanenten Weiterentwicklung und Verbesserung. So sollen diese Getriebe einen geringen Bauaufwand, insbesondere eine geringe Anzahl an Schaltelementen erfordern und bei sequentieller Schaltweise Doppelschaltungen, d.h. ein Zu- bzw. Abschalten von zwei Schaltelementen vermeiden, so dass bei Schaltungen in definierten Ganggruppen jeweils nur ein Schaltelement gewechselt wird.
Aus der DE 10 2008 000 428 A1 der Anmelderin ist ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise bekannt, welches einen Antrieb und einen Abtrieb aufweist, welche in einem Gehäuse angeordnet sind. Bei dem bekannten Getriebe sind zumindest vier Planetenradsätze, im Folgenden als erster, zweiter, dritter und vierter Planetenradsatz bezeichnet, mindestens acht drehbare Wellen - im Folgenden als Antriebswelle, Abtriebswelle, dritte, vierte, fünfte, sechste, siebte und achte Welle bezeichnet sowie zumindest sechs Schaltelemente, umfassend Bremsen und Kupplungen, vorgesehen, deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb bewirkt, so dass vorzugsweise neun Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar sind.
Hierbei bilden der erste und der zweite Planetenradsatz, die vorzugsweise als Minus-Planetenradsätze, also mit negativer Standgetriebe-Übersetzung, ausgebildet sind, einen schaltbaren Vorschaltradsatz, wobei der dritte und der vierte Planetenradsatz einen Hauptradsatz bilden.
Bei dem bekannten Mehrstufengetriebe ist vorgesehen, dass die Stege des ersten und des zweiten Planetenradsatzes über die vierte Welle miteinander gekoppelt sind, welche mit einem Element des Hauptradsatzes verbunden ist, dass das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes über die achte Welle gekoppelt ist, welche über eine erste Kupplung mit der Antriebswelle lösbar verbindbar ist und dass das Sonnenrad des ersten Planetenrad- satzes 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 Planeten radsatzes mittels der fünften Welle über eine zweite Bremse an ein Gehäuse des Getriebes ankoppelbar ist. Zudem ist die siebte Welle mit zumindest einem Element des Hauptradsatzes ständig verbunden und über eine dritte Bremse an das Gehäuse des Getriebes ankoppelbar, wobei die sechste Welle mit zumindest einem weiteren Element des Hauptradsatzes ständig verbunden und über eine dritte Kupplung mit der Antriebswelle lösbar verbindbar ist; die Abtriebswelle ist mit zumindest einem weiteren Element des Hauptradsatzes ständig verbunden.
Vorzugsweise ist bei dem bekannten Getriebe die vierte Welle ständig mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes verbunden, wobei die sechste Welle ständig mit dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes und dem Steg des dritten Planetenradsatzes verbunden und über die dritte Kupplung mit der Antriebswelle lösbar verbindbar ist. Ferner ist die siebte Welle ständig mit den Sonnenrädern des dritten und vierten Planetenradsatzes verbunden und über die dritte Bremse an ein Gehäuse des Getriebes ankoppelbar. Der Abtrieb erfolgt hierbei über die ständig mit dem Steg des vierten Planetenradsatzes verbundene Abtriebswelle. Des Weiteren können der dritte und der vierte Planetenradsatz zu einem Ravigneaux-Satz mit einem gemeinsamen Steg und einem gemeinsamen Hohlrad zusammengesetzt bzw. reduziert sein.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehrstufengetriebe der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welches sechs Vorwärtsgänge und 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. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine einfache Erreichbarkeit der Scheltelemente des Getriebes zu ermöglichen. 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, sieben drehbare Wellen - im Folgenden als Antriebswelle, Abtriebswelle, dritte, vierte, fünfte, sechste und siebte Welle bezeichnet - sowie zumindest fünf vorzugsweise als Lamellenschaltelemente ausgeführte Schaltelemente, umfassend vier Bremsen und eine Kupplung, vorgesehen, deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb bewirkt, so dass vorzugsweise sechs Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar sind.
Die Planetenradsätze sind axial betrachtet vorzugsweise in der Reihenfolge erster Planetenradsatz, zweiter Planetenradsatz, dritter Planetenradsatz, vierter Planetenradsatz oder erster Planetenradsatz, zweiter Planetenradsatz, vierter Planetenradsatz, dritter Planetenradsatz angeordnet und sind vorzugsweise als Minus- Planetenradsätze ausgebildet. Im Rahmen weitere Ausführungsformen der Erfindung kann die axiale Reihenfolge der Planetenradsätze beliebig sein.
Ein einfacher Minus-Planetenradsatz umfasst bekanntlich ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, an dem Planetenräder drehbar gelagert sind, die jeweils mit Sonnenrad und Hohlrad kämmen. Hierdurch weist das Hohlrad bei festgehaltenem Steg eine zum Sonnenrad entgegengesetzte Drehrichtung auf. Demgegenüber umfasst ein einfacher Plus-Planetenradsatz ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, an dem innere und äußere Planetenräder drehbar gelagert sind, wobei alle inneren Planetenräder mit dem Sonnenrad und alle äußeren Planetenräder mit dem Hohlrad kämmen, wobei jedes innere Planetenrad mit jeweils einem äußeren Planetenrad kämmt. Hierdurch weist das Hohlrad bei festgehaltenem Steg die gleiche Drehrichtung auf wie das Sonnenrad und es ergibt sich eine positive Standgetriebe- Übersetzung. Gemäß der Erfindung ist das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mit der sechsten Welle verbunden, die über eine erste Bremse an das Gehäuse des Getriebes ankoppelbar ist, wobei der Steg des ersten Planetenradsatzes mit der fünften Welle verbunden ist, welche mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden und über eine zweite Bremse an das Gehäuse des Getriebes ankoppelbar ist und wobei die Antriebswelle des Getriebes mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes verbunden ist.
Des Weiteren ist die vierte Welle mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes und dem Steg des zweiten Planetenradsatzes verbunden, über eine dritte Bremse an das Gehäuse ankoppelbar und über eine Kupplung mit der siebten Welle lösbar verbindbar, welche mit der Steg des dritten Planetenradsatzes und dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes verbunden ist.
Hierbei ist die Abtriebswelle mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes und dem Steg des vierten Planetenradsatzes verbunden; das Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes ist mit der dritten Welle verbunden, welche über eine vierte Bremse an das Gehäuse des Getriebes ankoppelbar 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.
In vorteilhafter Weise wird durch die Ausführung von vier Schaltelementen als Bremsen eine einfache Erreichbarkeit dieser Schaltelemente gewährleistet, da die Bremsen am Getriebegehäuse angeordnet sind; ferner resultiert die Ausführung von vier Schaltelementen als Bremsen in energiesparenden Schaltbetätigungen, da an den Bremsen keine Drehübertrager erforderlich sind.
Darüber hinaus wird mit dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe durch eine geringe Anzahl an Schaltelementen der Bauaufwand erheblich reduziert. In vor- teilhafter Weise ist es mit dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe möglich, ein Anfahren mit einem hydrodynamischen Wandler, einer externen Anfahrkupplung o- der auch mit sonstigen geeigneten externen Anfahrelementen durchzuführen. Es ist auch denkbar, einen Anfahrvorgang mit einem im Getriebe integrierten Anfahrelement zu ermöglichen. Vorzugsweise eignet sich ein Schaltelement, welches im ersten Vorwärtsgang und im Rückwärtsgang betätigt wird.
Des Weiteren ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe ein guter Wirkungsgrad in den Hauptfahrgängen bezüglich der Schlepp- und Verzahnungsverluste.
Ferner liegen geringe Drehmomente in den Schaltelementen und in den Planetenradsätzen des Mehrstufengetriebes vor, wodurch der Verschleiß bei dem Mehrstufengetriebe in vorteilhafter Weise reduziert wird. Zudem wird durch die geringen Drehmomente, insbesondere durch die sehr geringe Drehmomente an die Sonnenräder der Planetenradsätze eine entsprechend geringe Dimensionierung ermöglicht, wodurch der benötigte Bauraum und die entsprechenden Kosten reduziert werden. Darüber hinaus liegen auch geringe Drehzahlen bei den Wellen, den Schaltelementen und den Planetenradsätzen vor.
Außerdem ist das erfindungsgemäße Getriebe derart konzipiert, dass eine Anpassbarkeit an unterschiedliche Triebstrangausgestaltungen sowohl in Kraftflussrichtung als auch in räumlicher Hinsicht ermöglicht wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. In diesen stellen dar:
Figur 1 : Eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes; und
Figur 2: Ein beispielhaftes Schaltschema für ein Mehrstufengetriebe gemäß Figur 1 . In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe mit einer Antriebswelle 1 , einer Abtriebswelle 2 und vier Planetenradsätzen P1 , P2, P3 und P4 dargestellt, welche in einem Gehäuse G angeordnet sind. Die Planetenradsätze P1 , P2, P3 und P4 sind bei dem in Figur 1 gezeigten Beispiel als Minus-Planetenradsätze ausgebildet. Gemäß der Erfindung kann zumindest ein Planetenradsatz 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 axial betrachtet in der Reihenfolge P1 , P2, P3, P4 angeordnet.
Wie aus Figur 1 ersichtlich, sind fünf Schaltelemente, nämlich vier Bremsen 03, 04, 05, 06 und lediglich eine Kupplung 47 vorgesehen. Die räumliche Anordnung der Schaltelemente kann beliebig sein und wird nur durch die Abmessungen und die äußere Formgebung begrenzt. Die Kupplung und die Bremsen des Getriebes sind vorzugsweise als Reibschaltelemente bzw. Lamellenschaltelemente ausgeführt.
Mit diesen Schaltelementen ist ein selektives Schalten von sechs Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang realisierbar. Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe weist insgesamt sieben drehbare Wellen auf, nämlich die Wellen 1 , 2, 3, 4, 5, 6 und 7, wobei die Antriebswelle die erste Welle 1 und die Abtriebswelle die zweite Welle 2 des Getriebes bildet.
Erfindungsgemäß ist bei dem Mehrstufengetriebe gemäß Figur 1 vorgesehen, dass das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes P1 mit der sechsten Welle 6 verbunden ist, die über eine erste Bremse 06 an das Gehäuse G des Getriebes ankoppelbar ist, wobei der Steg des ersten Planetenradsatzes P1 mit der fünften Welle 5 verbunden ist, die mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden und über eine zweite Bremse 05 an das Gehäuse G ankoppelbar ist und wobei die Antriebswelle 1 mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes P1 und dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes P3 verbunden ist. Wie aus Figur 1 ersichtlich, ist die vierte Welle 4 mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes P3 und dem Steg des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden, über eine dritte Bremse 04 an das Gehäuse G ankoppelbar und über eine Kupplung 47 mit der siebten Welle 7 lösbar verbindbar, die mit der Steg des dritten Planetenradsatzes P3 und dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes P4 verbunden ist. Durch Schließen der Kupplung 47 wird der dritte Planetenradsatz P3 des Getriebes verblockt.
Ferner ist die Abtriebswelle 2 des Getriebes mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem Steg des vierten Planetenradsatzes P4 verbunden, wobei das Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes P4 mit der dritten Welle 3 verbunden ist, die über eine vierte Bremse 03 an das Gehäuse G ankoppelbar ist.
Die erste, zweite und dritte Bremse 06, 05, 04 können axial betrachtet nebeneinander angeordnet sein, wobei die einzige Kupplung 47 axial betrachtet zwischen dem zweiten und dem dritten Planetenradsatz P2, P3 angeordnet sein kann.
In Figur 2 ist ein beispielhaftes Schaltschema eines Mehrstufengetriebes gemäß Figur 1 dargestellt. Für jeden Gang werden zwei 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 7,292 die Spreizung des Getriebes darstellt.
Typische Werte für die Standgetriebeübersetzungen der als Minus-Planetenradsätze ausgeführten Planetenradsätze P1 , P2, P3 und P4 sind jeweils -3,400, -3,200, - 3,100 und -3,100. Aus Figur 2 wird ersichtlich, dass bei sequentieller Schaltweise jeweils nur ein Schaltelement zugeschaltet und ein Schaltelement abgeschaltet werden muss, da zwei benachbarte Gangstufen ein Schaltelement gemeinsam benutzen. Ferner wird ersichtlich, dass eine große Spreizung bei kleinen Gangsprüngen erzielt wird. Der erste Vorwärts-Gang ergibt sich durch Schließen der dritten und vierten Bremse 04, 03, der zweite Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten und vierten Bremse 05, 03, der dritte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten und vierten Bremse 06, 03, der vierte Vorwärts-Gang durch Schließen der vierten Bremse 03 und der einzigen Kupplung 47, der fünfte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten Bremse 06 und der Kupplung 47 und der sechste Vorwärts-Gang ergibt sich durch Schließen der zweiten Bremse 05 und der Kupplung 47, wobei sich der Rückwärtsgang durch Schließen der ersten und dritten Bremse 06, 04 ergibt.
Dadurch, dass im ersten Vorwärtsgang und im ersten Rückwärtsgang die dritte Bremse 04 geschlossen ist, kann dieses Schaltelement als Anfahrelement 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 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 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 Schaltelemente können als lastschaltbare Kupplungen oder Bremsen ausgebildet sein. Insbesondere können kraftschlüssige Kupplungen oder Bremsen, wie z.B. Lamellenkupplungen, Bandbremsen und/oder Konuskupplungen, oder formschlüssige Klauenschaltelemente 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
3 dritte Welle
vierte Welle
5 fünfte Welle
6 sechste Welle
7 siebte Welle
03 vierte Bremse
04 dritte Bremse
05 zweite Bremse
06 erste Bremse
47 Kupplung
P1 erster Planetenradsatz
P2 zweiter Planetenradsatz
P3 dritter Planetenradsatz
P4 vierter Planetenradsatz
i Übersetzung
Φ Stufensprung
G Gehäuse

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 sieben drehbare Wellen (1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7) sowie mindestens fünf Schaltelemente (03, 04, 05, 06, 47), umfassend Bremsen (03, 04, 05, 06) und eine Kupplung (47), deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle (1 ) und der Abtriebswelle (2) bewirkt, so dass sechs Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar sind, wobei das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes (P1 ) mit der sechsten Welle (6) verbunden ist, die über eine erste Bremse (06) an das Gehäuse (G) des Getriebes ankoppelbar ist, wobei der Steg des ersten Planetenradsatzes (P1 ) mit der fünften Welle (5) verbunden ist, die mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbunden und über eine zweite Bremse (05) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist, wobei die Antriebswelle (1 ) mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (P1 ) und dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes (P3) verbunden ist, wobei die vierte Welle (4) mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes (P3) und dem Steg des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbunden, über eine dritte Bremse (04) an das Gehäuse (G) ankoppelbar und über eine Kupplung (47) mit der siebten Welle (7) lösbar verbindbar ist, welche mit der Steg des dritten Planetenradsatzes (P3) und dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes (P4) verbunden ist, wobei die Abtriebswelle (2) mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (P2) und dem Steg des vierten Planetenradsatzes (P4) verbunden ist und wobei das Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes (P4) mit der dritten Welle (3) verbunden ist, die über eine vierte Bremse (03) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist.
2. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenradsätze (P1 , P2, P3, P4) als Minus-Planetenradsätze ausgebildet sind.
3. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Vorwärts-Gang durch Schließen der dritten und vierten Bremse (04, 03), der zweite Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten und vierten Bremse (05, 03), der dritte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten und vierten Bremse (06, 03), der vierte Vorwärts-Gang durch Schließen der vierten Bremse (03) und der einzigen Kupplung (47), der fünfte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten Bremse (06) und der Kupplung (47) und dass sich der sechste Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse (05) und der Kupplung (47) ergibt, wobei sich der Rückwärtsgang durch Schließen der ersten und dritten Bremse (06, 04) ergibt.
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