WO2014000944A1 - Mehrstufengetriebe - Google Patents

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WO2014000944A1
WO2014000944A1 PCT/EP2013/059881 EP2013059881W WO2014000944A1 WO 2014000944 A1 WO2014000944 A1 WO 2014000944A1 EP 2013059881 W EP2013059881 W EP 2013059881W WO 2014000944 A1 WO2014000944 A1 WO 2014000944A1
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WO
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planetary gear
gear set
clutch
brake
shaft
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PCT/EP2013/059881
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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 CN201380031348.0A priority patent/CN104364556B/zh
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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.
  • 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 engagement 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 switching elements of such executed multi-speed transmission which are usually designed as multi-plate clutches or brakes, actuated hydraulically, which leads disadvantageously to high hydraulic losses.
  • the use of alternatively operable switching elements, for example of electromechanically actuatable switching elements would be particularly advantageous.
  • the switching elements in particular the couplings from the outside must be easily accessible.
  • the present invention has for its object to propose a multi-speed transmission of the type mentioned, which has nine forward gears and one reverse gear with sufficient translation, in which the construction cost, the component load and the size are optimized and also improves the efficiency in terms of drag and gearing losses becomes. Furthermore, the switching elements of the transmission should be easily accessible from the outside, whereby the installation of demand-actuated switching elements is facilitated. In addition, the transmission should be suitable for both a standard and a front-transverse construction.
  • a multi-speed transmission which has a drive and an output, which are arranged in a housing.
  • at least four planetary gear sets are , 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 designed as a lamellar switching elements or as a form-locking switching elements
  • Switching elements comprising brakes and clutches, provided, the selective intervention causes different ratios between the drive and the output, so that preferably at least nine forward gears and one reverse gear can be realized.
  • the first planetary gear set of the transmission is preferably designed as a positive planetary gear set, wherein the second, third and fourth planetary gear set of the transmission are preferably designed as negative planetary gear sets.
  • the ring gear at a fixed web has a direction of rotation opposite to the sun and it results in a negative stationary gear ratio.
  • a simple plus planetary gear includes a sun gear, a ring gear and a web on which inner and outer planetary gears are rotatably mounted, all inner planetary gears mesh with the sun gear and all outer planet gears with the ring gear, each inner planetary gear, each with an outer Planet wheel meshes.
  • the ring gear has the same direction of rotation when the web is held on as the sun gear and there is a positive stationary gear ratio.
  • the sun gear of the first planetary gear set is connected to the third shaft, which is releasably connectable via a first clutch to the drive shaft and can be coupled via a first brake to the housing, wherein the drive shaft via a second clutch with the with the web of the third planetary gear set connected to the fourth wave is detachably connectable, which can be coupled via a second brake to the web of the first planetary gear set, which is coupled to the housing.
  • the drive shaft is connected to the sun gear of the fourth planetary gear set, the eighth shaft being connected to the ring gear of the first planetary gear set, the sun gear of the second planetary gear set and the sun gear of the third planetary gear set, and the fifth shaft to the land of the second planetary gear set and the ring gear connected to the third planetary gear set and via a third clutch with the connected to the ring gear of the fourth planetary gear seventh shaft is detachably connected.
  • the third clutch is preferably arranged radially in the vicinity of the housing.
  • the sixth shaft is connected to the ring gear of the second planetary gear set and via a fourth clutch, with the output shaft of the transmission detachably connectable, which is connected to the web of the fourth planetary gear set.
  • the first and second clutch are arranged on the drive shaft of the transmission
  • the fourth clutch is arranged on the output shaft and the other switching elements are designed as brakes, good accessibility of substantially all switching elements of the transmission is ensured, whereby the switching elements as needed operable switching elements can be executed.
  • 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- perform well 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 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.
  • the first planetary gear set P1 is formed in the example shown in Figure 1 as a plus planetary gear, wherein the second, third and fourth planetary gear, P2, P3, P4 are formed as negative planetary gear sets.
  • at least one of Minus planetary gear sets P2, P3, P4 be designed as plus planetary gear set, when the web and Hohlradanulation exchanged at the same time and the amount of the stationary gear ratio is increased compared to the execution as a minus planetary gear set by 1.
  • 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 of the planetary gear sets.
  • switching elements namely two brakes 03, 04 and four clutches 13, 14, 26, 57 are provided.
  • the spatial arrangement of the switching elements can be arbitrary and is limited only by the dimensions and the external shape.
  • the clutches and the brakes of the transmission are preferably designed as Reibschaltemia or lamellar switching elements, but can also be designed as a form-locking switching elements.
  • the multi-speed transmission according to the invention has a total of eight rotatable shafts, namely the waves 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 and 8, wherein the drive shaft, the first shaft 1 and the output shaft form the second shaft 2 of the transmission.
  • the sun gear of the first planetary gear set P1 is connected to the third shaft 3, which can be detachably connected to the drive shaft 1 via a first clutch 13 and can be coupled to the housing G via a first brake 03 , wherein the drive shaft 1 via a second clutch 14 with the connected to the web of the third planetary gear P3 fourth shaft 4 is detachably connectable, which is coupled via a second brake 04 to the web of the first planetary gear P1, which is coupled to the housing G. (Wave 0).
  • the drive shaft 1 is connected to the sun gear of the fourth planetary gear set P4, wherein the eighth shaft 8 is connected to the ring gear of the first planetary gear P1, the sun gear of the second planetary gear P2 and the sun gear of the third planetary gear set P3; the fifth shaft 5 is connected to the web of the second planetary gear set P2 and the ring gear of the third planetary gear set P3 and detachably connectable via a third clutch 57 with the seventh shaft 7 connected to the ring gear of the fourth planetary gear set P4.
  • the sixth shaft 6 of the transmission is connected to the ring gear of the second planetary gear set P2 and via a fourth clutch 26, releasably connectable to the output shaft 2 of the transmission, which is connected to the web of the fourth planetary gear set P4.
  • the second brake 04 is suitable for a design 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 i of the individual grades and the gear ratios to be determined therefrom or increments ⁇ to the next higher gear are exemplified, the value of 9.002 represents the spread of the transmission.
  • the values for the stationary gear ratios of the first, second, third and fourth planetary gear set P1, P2, P3, P4 are in the example shown in each case 2.550, -3.425, -2.700 and -2.350. From Figure 2 it is seen that in sequential switching mode only one switching element switched on and a switching element must be switched off because two adjacent gear stages use two switching elements together. Further, it will be seen that a large spread is achieved with small gear jumps.
  • the first forward speed results from closing the second brake 04 and the first and third clutches 13, 57, the second forward speed by closing the first and second brakes 03, 04 and the third clutch 57, the third forward speed Closing the second brake 04 and the third and fourth clutches 57, 26, the fourth forward gear by closing the first brake 03 and the third and fourth clutch 57, 26, the fifth forward gear by closing the first, third and fourth clutch 13, 57, 26, the sixth forward gear in the example shown by closing the second, third and fourth clutch 14, 57, 26, the seventh forward gear by closing the first, second and third clutch 13, 14th , 57, the eighth forward gear by closing the first, second and fourth clutches 13, 14, 26 and the ninth forward gear is obtained by closing the first brake 03 and the second and fourth clutches ung 14, 26, wherein the reverse gear by closing the second brake 04 and the first and fourth clutch 13, 26 results.
  • 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 e.g. Multi-plate clutches, band brakes and / or cone clutches are used.

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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, 13, 14, 26, 7), wobei das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes (P1) mit der dritten Welle (3) verbunden ist, welche über eine erste Kupplung (13) mit der Antriebswelle (1) lösbar verbindbar ist und über eine erste Bremse (03) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist, wobei die Antriebswelle (1) über eine zweite Kupplung (14) mit der mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes (P3) verbundenen vierten Welle (4) lösbar verbindbar ist, die über eine zweite Bremse (04) an den Steg des ersten Planetenradsatzes (P1) ankoppelbar ist, welcher an das Gehäuse (G) gekoppelt ist, wobei die Antriebswelle (1) mit dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes (P4) verbunden ist, wobei die achte Welle (8) mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (P1), dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes (P2) und dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes (P3) verbunden ist und die fünfte Welle (5) mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes (P2) und dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes (P3) verbunden und über eine dritte Kupplung (57) mit der mit dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes (P4) verbundenen siebten Welle (7) lösbar verbindbar ist, wobei die sechste Welle (6) mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbunden und über eine vierte Kupplung (26) mit der Abtriebswelle (2) des Getriebes lösbar verbindbar ist, welche mit 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.
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.
Nach dem Stand der Technik werden die Schaltelemente derartig ausgeführter Mehrstufengetriebe, die üblicherweise als Lamellenkupplungen oder -bremsen ausgeführt sind, hydraulisch betätigt, was in nachteiliger weise zu hohen hydraulischen Verlusten führt. Um diese Betätigungsverluste zu umgehen, wäre der Einsatz von alternativ betätigbaren Schaltelementen, beispielsweise von elektro-mechanisch betätigbaren Schaltelementen besonders vorteilhaft.
Zur Ermöglichung der Verwendung von bedarfsgerecht betätigbaren Schaltelementen müssen die Schaltelemente, insbesondere die Kupplungen von außen gut erreichbar sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehrstufengetriebe der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welches neun Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang mit ausreichender Übersetzung aufweist, bei dem der Bauaufwand, die Bauteilbelastung und die Baugröße optimiert werden und zudem der Wirkungsgrad hinsichtlich der Schlepp- und Verzahnungsverluste verbessert wird. Ferner sollen die Schaltelemente des Getriebes von außen gut erreichbar sein, wodurch der Einbau von bedarfsgerecht betätigbaren Schaltelementen erleichtert wird. Zudem soll sich das Getriebe sowohl für eine Standard- als auch für eine Front-Quer- Bauweise eignen.
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 Planetenradsät- ze, 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 mindestens neun Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar sind.
Der erste Planetenradsatz des Getriebes ist vorzugsweise als Plus- Planetenradsatz ausgeführt, wobei der zweite, dritte und vierte Planetenradsatz des Getriebes vorzugsweise als Minus-Planetenradsätze ausgebildet sind.
Ein einfacher Minus-Planetenradsatz umfasst bekanntlich ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, an dem Planetenräder drehbar gelagert sind, die jeweils mit Sonnenrad und Hohlrad kämmen. Hierdurch weist das Hohlrad bei festgehaltenem Steg eine zum Sonnenrad entgegengesetzte Drehrichtung auf und es ergibt sich eine negative Standgetriebeübersetzung. Demgegenüber umfasst ein einfacher Plus- Planetenradsatz ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, an dem innere und äußere Planetenräder drehbar gelagert sind, wobei alle inneren Planetenräder mit dem Sonnenrad und alle äußeren Planetenräder mit dem Hohlrad kämmen, wobei jedes innere Planetenrad mit jeweils einem äußeren Planetenrad kämmt. Hierdurch weist das Hohlrad bei festgehaltenem Steg die gleiche Drehrichtung auf wie das Sonnenrad und es ergibt sich eine positive Standgetriebeübersetzung.
Gemäß der Erfindung ist das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mit der dritten Welle verbunden, welche über eine erste Kupplung mit der Antriebswelle lösbar verbindbar ist und über eine erste Bremse an das Gehäuse ankoppelbar ist, wobei die Antriebswelle über eine zweite Kupplung mit der mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes verbundenen vierten Welle lösbar verbindbar ist, welche über eine zweite Bremse an den Steg des ersten Planetenradsatzes ankoppelbar ist, welcher an das Gehäuse gekoppelt ist. Des Weiteren ist die Antriebswelle mit dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes verbunden, wobei die achte Welle mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes, dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes und dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes verbunden ist und die fünfte Welle mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes und dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes verbunden und über eine dritte Kupplung mit der mit dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes verbundenen siebten Welle lösbar verbindbar ist. Die dritte Kupplung ist radial betrachtet vorzugsweise in der Nähe des Gehäuses angeordnet.
Ferner ist die sechste Welle mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden und über eine vierte Kupplung, mit der Abtriebswelle des Getriebes lösbar verbindbar, welche mit dem Steg des vierten Planetenradsatzes verbunden ist.
Dadurch, dass die erste und zweite Kupplung an der Antriebswelle des Getriebes angeordnet sind, die vierte Kupplung an der Abtriebswelle angeordnet ist und die übrigen Schaltelemente als Bremsen ausgeführt sind, wird eine gute Erreichbarkeit im Wesentlichen sämtlicher Schaltelemente des Getriebes gewährleistet, wodurch die Schaltelemente als bedarfsgerecht betätigbare Schaltelemente ausgeführt werden können.
Ferner ergeben sich insbesondere für Personenkraftwagen geeignete Übersetzungen sowie eine erhöhte Gesamtspreizung des Mehrstufengetriebes, wodurch eine Verbesserung des Fahrkomforts und eine signifikante Verbrauchsabsenkung bewirkt werden.
Darüber hinaus wird mit dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe durch eine geringe Anzahl an Schaltelementen der Bauaufwand erheblich reduziert. In vorteilhafter Weise ist es mit dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe möglich, ein Anfahren mit einem hydrodynamischen Wandler, einer externen Anfahrkupplung 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 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.
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. Der erste Planetenradsatz P1 ist bei dem in Figur 1 gezeigten Beispiel als Plus-Planetenradsatz ausgebildet, wobei der zweite, dritte und vierte Planetenradsatz, P2, P3, P4 als Minus-Planetenradsätze ausgebildet sind. Gemäß der Erfindung kann zumindest einer der Minus-Planetenradsätze P2, P3, P4 als Plus-Planetenradsatz ausgeführt sein, wenn gleichzeitig die Steg- und Hohlradanbindung getauscht und der Betrag der Standgetriebeübersetzung im Vergleich zu der Ausführung als Minus-Planetenradsatz um 1 erhöht wird.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Planetenradsätze P1 , P2, P3, P4 axial betrachtet in der Reihenfolge erster Planetenradsatz P1 , zweiter Planetenradsatz P2, dritter Planetenradsatz P3, vierter Planetenradsatz P4 angeordnet. Gemäß der Erfindung sind die axiale Reihenfolge der einzelnen Planetenradsätze und die Anordnung der Schaltelemente frei wählbar, solange es die Bindbarkeit der Elemente der Planetenradsätze zulässt.
Wie aus Figur 1 ersichtlich, sind sechs Schaltelemente, nämlich zwei Bremsen 03, 04 und vier Kupplungen 13, 14, 26, 57 vorgesehen. Die räumliche Anordnung der Schaltelemente kann beliebig sein und wird nur durch die Abmessungen und die äußere Formgebung begrenzt. Die Kupplungen und die Bremsen des Getriebes sind vorzugsweise als Reibschaltelemente bzw. Lamellenschaltelemente ausgeführt, können aber auch als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sein.
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, 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 dritten Welle 3 verbunden ist, welche über eine erste Kupplung 13 mit der Antriebswelle 1 lösbar verbindbar ist und über eine erste Bremse 03 an das Gehäuse G ankoppelbar ist, wobei die Antriebswelle 1 über eine zweite Kupplung 14 mit der mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes P3 verbundenen vierten Welle 4 lösbar verbindbar ist, die über eine zweite Bremse 04 an den Steg des ersten Planetenradsatzes P1 ankoppelbar ist, welcher an das Gehäuse G gekoppelt ist (Welle 0). Bezugnehmend auf Figur 1 ist die Antriebswelle 1 mit dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes P4 verbunden, wobei die achte Welle 8 mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes P1 , dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes P3 verbunden ist; die fünfte Welle 5 ist mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes P3 verbunden und über eine dritte Kupplung 57 mit der mit dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes P4 verbundenen siebten Welle 7 lösbar verbindbar.
Des weiteren ist die sechste Welle 6 des Getriebes mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden und über eine vierte Kupplung 26, mit der Abtriebswelle 2 des Getriebes lösbar verbindbar, welche dem Steg des vierten Planetenradsatzes P4 verbunden ist.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eignet sich insbesondere die zweite Bremse 04 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 9,002 die Spreizung des Getriebes darstellt.
Die Werte für die Standgetriebeübersetzungen des ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatzes P1 , P2, P3, P4 sind bei dem gezeigten Beispiel jeweils 2,550, -3,425, -2,700 und -2,350. Aus Figur 2 wird ersichtlich, dass bei sequentieller Schaltweise jeweils nur ein Schaltelement zugeschaltet und ein Schaltelement abgeschaltet werden muss, da zwei benachbarte Gangstufen zwei Schaltelemente gemeinsam benutzen. Ferner wird ersichtlich, dass eine große Spreizung bei kleinen Gangsprüngen erzielt wird. Der erste Vorwärts-Gang ergibt sich durch Schließen der zweiten Bremse 04 und der ersten und dritten Kupplung 13, 57, der zweite Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten und zweiten Bremse 03, 04 und der dritten Kupplung 57, der dritte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse 04 und der dritten und vierten Kupplung 57, 26, der vierte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten Bremse 03 und der dritten und vierten Kupplung 57, 26, der fünfte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten, dritten und vierten Kupplung 13, 57, 26, der bei dem gezeigten Beispiel als Direktgang ausgeführte sechste Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten, dritten und vierten Kupplung 14, 57, 26, der siebte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten, zweiten und dritten Kupplung 13, 14, 57, der achte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten, zweiten und vierten Kupplung 13, 14, 26 und der neunte Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen der ersten Bremse 03 und der zweiten und vierten Kupplung 14, 26, wobei sich der Rückwärtsgang durch Schließen der zweiten Bremse 04 und der ersten und vierten Kupplung 13, 26 ergibt.
Zusätzlich zu den neun Vorwärtsgängen kann durch Schließen der ersten Bremse 03 und der zweiten und dritten Kupplung 14, 57 ein weiterer Gang Z1 realisiert werden, dessen Übersetzung zwischen den Übersetzungen des siebten und des achten Vorwärtsgangs liegt.
Dadurch, dass im ersten Vorwärts-Gang und im Rückwärtsgang die zweite Bremse 04 und die erste Kupplung 13 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
Welle
1 erste Welle, Antriebswelle
zweite Welle, Abtriebswelle
dritte Welle
vierte Welle
fünfte Welle
6 sechste Welle
7 siebte Welle
8 achte Welle
03 erste Bremse
04 zweite Bremse
13 erste Kupplung
14 zweite Kupplung
26 vierte Kupplung
57 dritte Kupplung
G Gehäuse
P1 erster Planetenradsatz
P2 zweiter Planetenradsatz
P3 dritter Planetenradsatz
P4 vierter Planetenradsatz
i Übersetzung
Φ Stufensprung

Claims

Patentansprüche
1 . Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere Automatgetriebe für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Antriebswelle (1 ), eine Abtriebswelle (2) und vier Planetenradsätze (P1 , P2, P3, P4), welche in einem Gehäuse (G) angeordnet sind, insgesamt acht drehbare Wellen (1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) sowie sechs Schaltelemente (03, 04, 13, 14, 26, 57), umfassend Bremsen (03, 04) und Kupplungen (13, 14, 26, 57), 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 das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes (P1 ) mit der dritten Welle (3) verbunden ist, welche über eine erste Kupplung (13) mit der Antriebswelle (1 ) lösbar verbindbar ist und über eine erste Bremse (03) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist, wobei die Antriebswelle (1 ) über eine zweite Kupplung (14) mit der mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes (P3) verbundenen vierten Welle (4) lösbar verbindbar ist, die über eine zweite Bremse (04) an den Steg des ersten Planetenradsatzes (P1 ) ankoppelbar ist, welcher an das Gehäuse (G) gekoppelt ist, wobei die Antriebswelle (1 ) mit dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes (P4) verbunden ist, wobei die achte Welle (8) mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (P1 ), dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes (P2) und dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes (P3) verbunden ist und die fünfte Welle (5) mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes (P2) und dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes (P3) verbunden und über eine dritte Kupplung (57) mit der mit dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes (P4) verbundenen siebten Welle (7) lösbar verbindbar ist, wobei die sechste Welle (6) mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbunden und über eine vierte Kupplung (26) mit der Abtriebswelle (2) des Getriebes lösbar verbindbar ist, welche mit dem Steg des vierten Planetenradsatzes (P4) verbunden ist.
2. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetenradsatz (P1 ) als Plus-Planetenradsatz ausgeführt ist, wobei der zweite, dritte und vierte Planetenradsatz (P2, P3, P4) als Minus-Planetenradsätze ausgebildet sind.
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 des Getriebes als bedarfsgerecht betätigbare Schaltelemente ausgeführt sind.
5. Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bremse (04) als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt ist.
6. Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse (04) und der ersten und dritten Kupplung (13, 57), der zweite Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten und zweiten Bremse (03, 04) und der dritten Kupplung (57), der dritte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse (04) und der dritten und vierten Kupplung (57, 26), der vierte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten Bremse (03) und der dritten und vierten Kupplung (57, 26), der fünfte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten, dritten und vierten Kupplung (13, 57, 26), der sechste Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten, dritten und vierten Kupplung (14, 57, 26), der siebte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten, zweiten und dritten Kupplung (13, 14, 57), der achte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten, zweiten und vierten Kupplung (13, 14, 26) und dass sich der neunte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten Bremse (03) und der zweiten und vierten Kupplung (14, 26) ergibt, wobei sich der Rückwärtsgang durch Schließen der zweiten Bremse (04) und der ersten und vierten Kupplung (13, 26) ergibt und wobei durch Schließen der ersten Bremse (03) und der zweiten und dritten Kupplung (14, 57) ein weiterer Gang realisierbar ist, dessen Übersetzung zwischen den Übersetzungen des siebten und des achten Vorwärtsgangs liegt.
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