WO2014000940A1 - Mehrstufengetriebe - Google Patents

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WO2014000940A1
WO2014000940A1 PCT/EP2013/059875 EP2013059875W WO2014000940A1 WO 2014000940 A1 WO2014000940 A1 WO 2014000940A1 EP 2013059875 W EP2013059875 W EP 2013059875W WO 2014000940 A1 WO2014000940 A1 WO 2014000940A1
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WO
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planetary gear
brake
gear set
clutch
closing
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PCT/EP2013/059875
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English (en)
French (fr)
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Stefan Beck
Christian Sibla
Wolfgang Rieger
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
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Publication date
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Priority to EP13722429.1A priority patent/EP2864664A1/de
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    • F16H3/66—Gearings having three or more central gears composed of a number of gear trains without drive passing from one train to another
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Definitions

  • the present invention relates to a planetary gear multi-speed transmission, in particular an automatic transmission for a motor vehicle, according to the preamble of patent claim 1.
  • Automatic transmissions particularly for motor vehicles, include, in the prior art, planetary gear sets that are switched by means of friction elements, such as clutches and brakes, and usually with a slip element and optionally a lockup clutch, such as a hydrodynamic torque converter or a fluid coupling connected.
  • friction elements such as clutches and brakes
  • slip element such as clutches and brakes
  • lockup clutch such as a hydrodynamic torque converter or a fluid coupling connected.
  • A1 discloses a transmission arrangement of an automatic transmission for a vehicle comprising ten forward gears, which has a first planetary gear, which is designed as a simple planetary gear and a first rotary element, which acts as a fixed element, a second rotary element, the one reduced rotational speed provides, and a third rotary element, which is directly connected to an input shaft and has as input element acts.
  • the known transmission further comprises a second simple planetary gear, which is a fourth rotary member, which is directly connected to the second rotary member, a fifth rotary member which is selectively connected by inserting a first brake with a transmission housing and a sixth rotary member, optionally by inserting a second brake is connected to a transmission housing, wherein a first clutch selectively connects at least two rotational elements of the fourth, fifth and sixth rotational elements.
  • a third of a planetary gear with a single pinion and a planetary gear with double pinion planetary gear is provided, which is a seventh rotary member which is directly connected to the sixth rotary member, an eighth rotary member which is selectively connected by inserting a second clutch to the drive shaft and selectively connected to the transmission housing by inserting a third brake, a ninth rotary element connected to an output shaft, and a tenth rotary element connected to the fourth rotary element by inserting a third clutch, wherein a fourth clutch is interposed between the third Seventh rotary element and the eighth rotary element is arranged.
  • the present invention has for its object to propose a multi-speed transmission of the type mentioned, which has at least ten forward gears and one reverse gear and a high spread, in which the construction cost, component load and size are optimized and also the efficiency in terms of drag and Gear losses is improved.
  • This object is achieved by the features of claim 1. Further advantages and advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims.
  • a multi-speed transmission according to the invention is proposed in planetary construction, which has a drive and an output, which are arranged in a housing. Furthermore, at least four planetary gear sets, hereinafter referred to as the first, second, third and fourth planetary gear set, eight rotatable shafts - hereinafter referred to as drive shaft, output shaft, third, fourth, fifth, sixth, seventh and eighth shaft - and six preferably as a lamellae switching elements or executed as a form-locking switching elements
  • Switching elements comprising brakes and clutches, provided, the selective engagement causes different ratios between the drive and the output, so that preferably ten 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 fifth shaft, which is coupled to the housing via a third brake. bar, wherein the drive shaft via a first clutch with the connected to the sun gear of the third planetary gear seventh shaft is detachably connected, which is connected to the web of the first planetary gear and releasably connectable via a third clutch with the fourth shaft, wherein the fourth shaft connected to the sun gear of the second planetary gear set and can be coupled via a second brake to the housing.
  • the third clutch is preferably arranged in the vicinity of the housing.
  • the drive shaft of the transmission via a second clutch with the connected to the sun gear of the fourth planetary eighth shaft is releasably connectable, wherein the third shaft connected to the ring gear of the first planetary gear, the bridge of the second planetary gear set and the ring gear of the fourth planetary gear set and about a first brake can be coupled to the housing.
  • the sixth shaft is connected to the ring gear of the second planetary gear set and the ring gear of the third planetary gear set, wherein the output shaft of the transmission is connected to the web of the third planetary gear set and the web of the fourth planetary gear set.
  • the third clutch can be arranged close to the housing and the other switching elements are designed as brakes, good accessibility of all switching elements of the transmission is ensured, whereby the switching elements designed as demand-actuated switching elements can be.
  • 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.
  • the multi-speed transmission according to the invention to carry out a start with a hydrodynamic converter, an external starting clutch or 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.
  • 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.
  • 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 Hohlradanitati exchanged and the amount of the stationary gear ratio is increased by 1 compared to the design as a minus planetary gear.
  • the planetary gear sets P1, P2, P3, P4 axially arranged in the order of the first planetary gear set P1, second planetary gear set P2, third planetary gear set P3, fourth planetary gear set P4.
  • the axial order of the individual planetary gear sets and the arrangement of the switching elements are freely selectable, as long as it allows the binding of the elements.
  • switching elements namely three brakes 03, 04, 05 and three clutches 17, 18, 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 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 gearset P1 is connected to the fifth shaft 5, which can be coupled to the housing G via a third brake 05, wherein the drive shaft 1 via a first clutch 17 with the connected to the sun gear of the third planetary gear set P3 seventh shaft 7 is detachably connected, which is connected to the web of the first planetary gear set P1 and via a third clutch 47 with the fourth shaft 4 detachably connectable.
  • the fourth shaft 4 is connected to the sun gear of the second planetary gear set P2 and can be coupled to the housing via a second brake 04.
  • the drive shaft 1 of the transmission via a second clutch 18 with the connected to the sun gear of the fourth planetary gearset P4 eighth shaft 8 detachably connected, wherein the third shaft 3 with the ring gear of the first planetary gear set P1, the web of the second planetary gear set P2 and the ring gear of the fourth planetary gear set P4 and connected via a first brake 03 to the housing G of the transmission can be coupled.
  • the sixth shaft 6 is connected to the ring gear of the second planetary gearset P2 and the ring gear of the third planetary gear set P3, wherein the output shaft 2 is connected to the web of the third planetary gear set P3 and the web of the fourth planetary gear set P4.
  • the first brake 03 is suitable for execution as a claw switching element, whereby the consumption is significantly improved.
  • FIG. 2 shows an exemplary circuit diagram of a multistage transmission according to FIG. For each gear three switching elements are closed.
  • the shift scheme, the respective ratios of the individual gear ratios i and the step to be determined therefrom or increments ⁇ are taken to the next higher gear example, the value of 9.387 represents the spread of the transmission.
  • the values for the stationary gear ratios of the planetary gear sets P1, P2, P3, P4 designed as minus planetary gear sets are respectively -2.50, -1, 86, -3.90 and -2.17 in the example shown. From FIG. 2 it can be seen that in the case of sequential ler 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 first clutch 17, the second forward gear by closing the first brake 03 and the first and second clutches 17, 18, the third forward gear Closing the second brake 04 and the first and second clutches 17, 18, the fourth forward gear by closing the second and third brakes 04, 05 and the second clutch 18, the fifth forward gear by closing the second brake 04 and the second and third clutch 18, 47, the sixth forward speed by closing the third brake 05 and the second and third clutches 18, 47, the seventh forward speed executed in the illustrated example by closing the first, second and third clutches 17 , 18, 47, the eighth forward gear by closing the third brake 05 and the first and second clutches 17, 18, the ninth forward gear by closing the third brake 05 and the e
  • the third and third clutch 17, 47 and the tenth forward gear is obtained by closing the second and third brakes 04, 05 and the first clutch 17, wherein the reverse gear by closing the first brake 03 and the first and third clutch 17, 47 results.
  • the second forward gear can be switched by further switching combinations, which are designated in Figure 2 with 2.1, 2.2 and 2.3.
  • the second forward speed can be achieved by closing the first and second brakes 03, 04 and the second clutch 18 or by closing the first and third brakes 03, 05 and the second clutch 18 or by closing the first brake 03 and the second and third clutches 18, 47 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.

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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, 05, 17, 18, 47), wobei das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes (P1) mit der fünften Welle (5) verbunden ist, welche über eine dritte Bremse (05) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist, wobei die Antriebswelle (1) über eine erste Kupplung (17) mit der mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes (P3) verbundenen siebten Welle (7) verbindbar ist, welche mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes (P1) verbunden und über eine dritte Kupplung (47) mit der vierten Welle (4) verbindbar ist, die mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbunden und über eine zweite Bremse (04) an das Gehäuse ankoppelbar ist, wobei die Antriebswelle (1) über eine zweite Kupplung (18) mit der mit dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes (P4) verbundenen achten Welle (8) verbindbar ist und die dritte Welle (3) mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (P1), dem Steg des zweiten Planetenradsatzes (P2) und dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes (P4) verbunden und über eine erste Bremse (03) an das Gehäuse (G) des Getriebes ankoppelbar ist, wobei die sechste Welle (6) mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (P2) und dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes (P3) verbunden ist und wobei die Abtriebswelle (2) mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes (P3) 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 zehn Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang und eine hohe Spreizung aufweist, bei dem der Bauaufwand, die Bauteilbelastung und die Baugröße optimiert werden und zudem der Wirkungsgrad hinsichtlich der Schlepp- und Verzahnungsverluste verbessert wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise vorgeschlagen, welches einen Antrieb und einen Abtrieb aufweist, welche in einem Gehäuse angeordnet sind. Des Weiteren sind zumindest vier Planetenradsätze, im Folgenden als erster, zweiter, dritter und vierter Planetenradsatz bezeichnet, acht drehbare Wellen - im Folgenden als Antriebswelle, Abtriebswelle, dritte, vierte, fünfte, sechste, siebte und achte Welle bezeichnet - sowie sechs vorzugsweise als Lamellenschaltelemente oder als formschlüssige Schaltelemente ausgeführte
Schaltelemente, umfassend Bremsen und Kupplungen, vorgesehen, deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb bewirkt, so dass vorzugsweise zehn Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar sind.
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 fünften Welle verbunden, welche über eine dritte Bremse an das Gehäuse ankoppel- bar ist, wobei die Antriebswelle über eine erste Kupplung mit der mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes verbundenen siebten Welle lösbar verbindbar ist, welche mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes verbunden und über eine dritte Kupplung mit der vierten Welle lösbar verbindbar ist, wobei die vierte Welle mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden und über eine zweite Bremse an das Gehäuse ankoppelbar ist. Die dritte Kupplung ist vorzugsweise in der Nähe des Gehäuses angeordnet.
Des weiteren ist die Antriebswelle des Getriebes über eine zweite Kupplung mit der mit dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes verbundenen achten Welle lösbar verbindbar, wobei die dritte Welle mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes, dem Steg des zweiten Planetenradsatzes und dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes verbunden und über eine erste Bremse an das Gehäuse ankoppelbar ist.
Ferner ist die sechste Welle mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes und dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes verbunden, wobei die Abtriebswelle des Getriebes mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes und dem Steg des vierten Planetenradsatzes verbunden ist.
Dadurch, dass die erste und zweite Kupplung an der Antriebswelle des Getriebes angeordnet sind, die dritte Kupplung gehäusenah angeordnet sein kann und die übrigen Schaltelemente als Bremsen ausgeführt sind, wird eine gute Erreichbarkeit sämtlicher Schaltelemente des Getriebes gewährleistet, wodurch die Schaltelemente als bedarfsgerecht betätigbare Schaltelemente ausgeführt werden können.
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 vor- teilhafter 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 drei Bremsen 03, 04, 05 und drei Kupplungen 17, 18, 47 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 zehn Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang realisierbar. Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe weist insgesamt acht drehbare Wellen auf, nämlich die Wellen 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8, wobei die Antriebswelle die erste Welle 1 und die Abtriebswelle die zweite Welle 2 des Getriebes bilden.
Erfindungsgemäß ist bei dem Mehrstufengetriebe gemäß Figur 1 vorgesehen, dass das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes P1 mit der fünften Welle 5 verbunden ist, welche über eine dritte Bremse 05 an das Gehäuse G ankoppelbar ist, wobei die Antriebswelle 1 über eine erste Kupplung 17 mit der mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes P3 verbundenen siebten Welle 7 lösbar verbindbar ist, welche mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes P1 verbunden und über eine dritte Kupplung 47 mit der vierten Welle 4 lösbar verbindbar ist. Die vierte Welle 4 ist mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden und über eine zweite Bremse 04 an das Gehäuse ankoppelbar.
Bezugnehmend auf Figur 1 ist die Antriebswelle 1 des Getriebes über eine zweite Kupplung 18 mit der mit dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes P4 verbundenen achten Welle 8 lösbar verbindbar, wobei die dritte Welle 3 mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes P1 , dem Steg des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes P4 verbunden und über eine erste Bremse 03 an das Gehäuse G des Getriebes ankoppelbar ist.
Gemäß der Erfindung ist die sechste Welle 6 mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes P3 verbunden, wobei die Abtriebswelle 2 mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes P3 und dem Steg des vierten Planetenradsatzes P4 verbunden ist.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eignet sich insbesondere die erste Bremse 03 für eine Ausführung als Klauenschaltelement, wodurch der Verbrauch signifikant verbessert wird.
In Figur 2 ist ein beispielhaftes Schaltschema eines Mehrstufengetriebes gemäß Figur 1 dargestellt. Für jeden Gang werden drei Schaltelemente geschlossen. Dem Schaltschema können die jeweiligen Übersetzungen i der einzelnen Gangstufen und die daraus zu bestimmenden Gangsprünge bzw. Stufensprünge φ zum nächst höheren Gang beispielhaft entnommen werden, wobei der Wert 9,387 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 -2,50, -1 ,86, -3,90 und -2,17. Aus Figur 2 wird ersichtlich, dass bei sequentiel- ler 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 ersten Kupplung 17, der zweite Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten Bremse 03 und der ersten und zweiten Kupplung 17, 18, der dritte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse 04 und der ersten und zweiten Kupplung 17, 18, der vierte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten und dritten Bremse 04, 05 und der zweiten Kupplung 18, der fünfte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse 04 und der zweiten und dritten Kupplung 18, 47, der sechste Vorwärts-Gang durch Schließen der dritten Bremse 05 und der zweiten und dritten Kupplung 18, 47, der bei dem gezeigten Beispiel als Direktgang ausgeführte siebte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten, zweiten und dritten Kupplung 17, 18, 47, der achte Vorwärts-Gang durch Schließen der dritten Bremse 05 und der ersten und zweiten Kupplung 17, 18, der neunte Vorwärtsgang durch Schließen der dritten Bremse 05 und der ersten und dritten Kupplung 17, 47 und der zehnte Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen der zweiten und dritten Bremse 04, 05 und der ersten Kupplung 17, wobei sich der Rückwärtsgang durch Schließen der ersten Bremse 03 und der ersten und dritten Kupplung 17, 47 ergibt.
Alternativ kann der zweite Vorwärtsgang durch weitere Schaltkombinationen geschaltet werden, die in Figur 2 mit 2.1 , 2.2 und 2.3 bezeichnet sind. Demnach kann sich der zweite Vorwärtsgang durch Schließen der ersten und zweiten Bremse 03, 04 und der zweiten Kupplung 18 oder durch Schließen der ersten und dritten Bremse 03, 05 und der zweiten Kupplung 18 oder durch Schließen der ersten Bremse 03 und der zweiten und dritten Kupplung 18, 47 ergeben.
Dadurch, dass im ersten Vorwärts-Gang und im Rückwärtsgang die erste Bremse 03 und die erste Kupplung 17 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
5 fünfte Welle
6 sechste Welle
7 siebte Welle
8 achte Welle
03 erste Bremse
04 zweite Bremse
05 dritte Bremse
17 erste Kupplung
18 zweite Kupplung
47 dritte Kupplung
G Gehäuse
P1 erster Planetenradsatz
P2 zweiter Planetenradsatz
P3 dritter Planetenradsatz
P4 vierter Planetenradsatz
i Übersetzung
Φ Stufensprung

Claims

Patentansprüche
1 . Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere Automatgetriebe für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Antriebswelle (1 ), eine Abtriebswelle (2) und vier Planetenradsätze (P1 , P2, P3, P4), welche in einem Gehäuse (G) angeordnet sind, insgesamt acht drehbare Wellen (1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) sowie sechs Schaltelemente (03, 04, 05, 17, 18, 47), umfassend Bremsen (03, 04, 05) und Kupplungen (17, 18, 47), deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle (1 ) und der Abtriebswelle (2) bewirkt, so dass mindestens zehn Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar sind, wobei das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes (P1 ) mit der fünften Welle (5) verbunden ist, welche über eine dritte Bremse (05) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist, wobei die Antriebswelle (1 ) über eine erste Kupplung (17) mit der mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes (P3) verbundenen siebten Welle (7) lösbar verbindbar ist, welche mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes (P1 ) verbunden und über eine dritte Kupplung (47) mit der vierten Welle (4) lösbar verbindbar ist, die mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbunden und über eine zweite Bremse (04) an das Gehäuse ankoppelbar ist, wobei die Antriebswelle (1 ) über eine zweite Kupplung (18) mit der mit dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes (P4) verbundenen achten Welle (8) lösbar verbindbar ist und die dritte Welle (3) mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (P1 ), dem Steg des zweiten Planetenradsatzes (P2) und dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes (P4) verbunden und über eine erste Bremse (03) an das Gehäuse (G) des Getriebes ankoppelbar ist, wobei die sechste Welle (6) mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (P2) und dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes (P3) verbunden ist und wobei die Abtriebswelle (2) mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes (P3) 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 Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche oder einzelne Schaltelemente (03, 04, 05, 17, 18, 57) des Getriebes als bedarfsgerecht betätigbare Schaltelemente ausgeführt sind.
5. Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bremse (03) als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt ist.
6. Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten und zweiten Bremse (03, 04) und der ersten Kupplung (17), der zweite Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten Bremse (03) und der ersten und zweiten Kupplung (17, 18), der dritte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse (04) und der ersten und zweiten Kupplung (17, 18), der vierte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten und dritten Bremse (04, 05) und der zweiten Kupplung (18), der fünfte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse (04) und der zweiten und dritten Kupplung (18, 47), der sechste Vorwärts-Gang durch Schließen der dritten Bremse (05) und der zweiten und dritten Kupplung (18, 47), der siebte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten, zweiten und dritten Kupplung (17, 18, 47), der achte Vorwärts-Gang durch Schließen der dritten Bremse (05) und der ersten und zweiten Kupplung (17, 18), der neunte Vorwärtsgang durch Schließen der dritten Bremse (05) und der ersten und dritten Kupplung (17, 47) und dass sich der zehnte Vorwärtsgang durch Schließen der zweiten und dritten Bremse (04, 05) und der ersten Kupplung (17) ergibt, wobei sich der Rückwärtsgang durch Schließen der ersten Bremse (03) und der ersten und dritten Kupplung (17, 47) ergibt.
7. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zweite Vorwärtsgang alternativ durch Schließen der ersten und zweiten Brem- se (03, 04) und der zweiten Kupplung (18) oder durch Schließen der ersten und dritten Bremse (03, 05) und der zweiten Kupplung (18) oder durch Schließen der ersten Bremse (03) und der zweiten und dritten Kupplung (18, 47) ergibt.
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