WO2014060142A1 - Mehrstufengetriebe - Google Patents

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WO2014060142A1 PCT/EP2013/068240 EP2013068240W WO2014060142A1 WO 2014060142 A1 WO2014060142 A1 WO 2014060142A1 EP 2013068240 W EP2013068240 W EP 2013068240W WO 2014060142 A1 WO2014060142 A1 WO 2014060142A1
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clutch
planetary gear
gear
gear set
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PCT/EP2013/068240
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Timo Wehlen
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Zf Friedrichshafen Ag
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Definitions

  • the present invention relates to a multi-speed transmission with which nine forward gears and one reverse gear are switchable and which has four planetary gear sets.
  • the present invention relates in particular to a multistage transmission with the preamble features of claim 1.
  • the transmission can be produced with low construction costs, since a relatively small number of switching elements for the formation of the transmission is required, this, however, allows a sequential switching manner, are avoided in the double circuits, so that when switching in defined gear groups only one switching element becomes.
  • the present invention has for its object to provide a multi-speed transmission of the type mentioned, which has at least nine forward gears and at least one reverse gear with sufficient translation, which, however, can be produced with respect to the generic transmission with a lower transmission length in Antriebsachsraum. It may also be an object of the present invention to provide a multi-speed transmission, which is particularly suitable as a hybrid transmission and / or in which the integration of an electric motor or a hybrid module with electric motor, Torsionsdämpfersystem and engine disconnect clutch does not increase the gear length excessive.
  • the present invention provides a multistage transmission having the features of claim 1.
  • Preferred embodiments are characterized by the features indicated in the subclaims.
  • the present invention proposes a planetary multi-speed transmission which has a drive axle and an output shaft. has, which are arranged in a housing. Furthermore, at least four planetary gear sets and six power shift elements comprising brakes and clutches are provided whose selective engagement causes different gear ratios between the drive and the output, so that at least nine forward gears and one reverse gear can be realized.
  • the four planetary gear sets are designed as minus planetary gear set, ie each comprise at least one sun gear, a ring gear, a planetary gear and a planet carrier.
  • the sun gear, the ring gear and the planet carrier are each mounted either rigid or rotatable about a common axis.
  • the at least one planet gear is rotatably disposed on the planet carrier, wherein the axis of rotation of the planet gear is fixed relative to the planet carrier and parallel to the common axis of the planet carrier, the sun gear and the ring gear.
  • a plurality of planets are arranged on the planet carrier.
  • the planet or the planet gears mesh with both the sun gear and the ring gear.
  • one or more of the planetary gear sets may be formed as a positive planetary gear set, wherein a Plusplanetensatz has at least a first planetary gear and a second planetary gear, wherein the first planetary gear meshes with the sun gear and the second planetary gear with the ring gear. The first planetary gear meshes in the second planetary gear.
  • the planet carriers of the second and fourth planetary gear sets are preferably offset radially relative to the direction of the drive axle relative to the planet carriers of the first and third planetary gear sets.
  • the axes of rotation of the planet carrier of the second and fourth planetary gear set are offset radially with respect to the axes of rotation of the first and fourth planetary gear set. The offset reduces the dimensions of the transmission in the axial direction of the drive axle, as a result of which the transmission can also be fitted into more compact installation spaces.
  • the first, third and fourth planetary gear sets are preferably arranged in the axial direction of the drive shaft in the order of the first, third and fourth planetary gearset or fourth, third and first planetary gearset.
  • the second planetary set is preferably either between see the first and third planetary gear set or above the first planetary gear set, ie arranged on the side facing away from the drive axis side of the first planetary gear set, or on the side facing away from the third planetary gear set side of the first planetary gear set.
  • This staggered arrangement allows additional space to provide at the entrance of the drive axle and so there to integrate other components, such as a clutch and / or an electric motor.
  • the drive shaft via the first clutch to the sun gear of the first planetary gear set is connectable, the sun gear of the first planetary gear set connected to the housing via the first brake, the ring gear of the first planetary gearset connected to the sun gear of the second planetary gear set, the planet carrier of the first planetary gear set with Planet carrier of the second planetary gear set and the ring gear of the third planetary gear set, the ring gear of the first planetary gear set and the sun gear of the second planetary gear set connected via a third clutch to the drive shaft, the ring gear of the second planetary gear set connected to the housing and the sun gear of the third planetary gear set via a third Brake connectable to the housing.
  • the two or more elements are connected to each other, is understood in particular that the two or more elements have the same speed and particularly preferred that the two or more elements are rotatably connected to the same shaft.
  • the special design of the transmission allows a particularly economical transmission, which allows nine forward gears and one reverse gear.
  • the planet carrier of the third planetary gear set is connected to a first intermediate gear and can be connected to the drive shaft via a second clutch, wherein the first intermediate gear in the sun gear of the fourth planetary gear mesh.
  • the idler gear may be fixedly arranged on the shaft or be integrally formed with the shaft which connects the planet carrier of the third planetary gear set with the second clutch.
  • the intermediate wheel may have the same speed as the planet carrier of the third planetary gear set.
  • the intermediate may be formed as a spur gear, but also as a bevel gear, worm wheel or another gear shape.
  • torque may be transmitted from the planetary carrier of the third planetary gearset to the sun gear of the fourth planetary gearset via a chain, belt or the like.
  • the planet carrier of the fourth planetary gear set is connected to the output shaft.
  • the output shaft can be arranged offset radially to the drive shaft, so that the transmission is particularly suitable for installation transversely to the vehicle main axis.
  • the ring gear of the fourth planetary gear set may be connected via an intermediate gear to the sun gear of the third planetary gear set and be connectable to the housing via the intermediate gear and the third brake.
  • the output shaft may be provided with a driven wheel.
  • a driven wheel can be a gear, such as a Strinrad, but also a wheel which allows torque transmission by means of belt, friction wheel, etc.
  • the second clutch is arranged in the axial direction between the third and the first planetary gear set.
  • the axial direction is perpendicular to the main propagation direction of the drive axle.
  • all switching elements may be configured as Reibschaltemia or as claw switching elements, in particular the third clutch and / or the third brake to form a claw switching element. Since claw switching elements usually have a higher efficiency in the transmission of torque aufwei- sen, the efficiency of the transmission is increased by the use of a claw switching element.
  • the second brake or the third brake may be designed as starting elements.
  • the third clutch and the second brake may be designed as starting elements.
  • a starting element can be understood in particular an electric motor.
  • the multi-speed transmission nine forward gears can be realized, wherein the first gear by closing the third clutch and the second and third brake, the second gear by closing the first and third brake and the third clutch, the third gear by closing the third brake and the first and third clutches, the fourth speed by closing the third brake and the second clutch, and one of the first brake, second brake, first and third clutches, the fifth speed by closing the first to third clutches, the sixth speed Closing the first brake and the second and third clutch, the seventh gear by closing the second brake and the second and third clutch, the eighth gear by closing the first and second brake and the second clutch and the ninth gear by closing the second brake and the first and second coupling results.
  • only one switching element must be opened and a switching element to be closed to change a gear in the next higher gear.
  • Reverse can be achieved by closing the second and third brakes and the first clutch.
  • the transmission according to the invention is designed in such a way that an adaptability to different drive train configurations both in power flow direction tion as well as spatially.
  • the multi-speed transmission according to the invention is particularly suitable for installation in cars with front transverse engine and driven front axle.
  • Figure 1 a schematic view of an embodiment of a multi-speed transmission according to the invention.
  • FIG. 2 shows a circuit diagram for the example of a multistage transmission shown in FIG.
  • FIG. 1 shows a multi-speed transmission according to the invention with a drive shaft 1 and an output shaft 2, which are arranged in a housing G, wherein the output shaft 4 is arranged offset in the axial direction to the drive shaft 1.
  • first brake 03 a first brake 03
  • second brake 05 a third brake 07 and a first clutch 13
  • second clutch 1 6 a third clutch 18
  • the spatial arrangement of the switching elements can be arbitrary and is limited only by the dimensions and the external shape.
  • the second clutch 1 6 in the axial direction in front of all planetary sets P1, P2, P3 and P4, the second clutch 1 6 also be arranged axially between the transfer gear P1, P2 and the main gearset P3, P4.
  • this third brake 07 can connect the shaft 9 to the housing G.
  • the embodiment shown has a total of nine rotatable shafts, namely a first shaft 1, a second shaft 2, a third shaft 3, a fourth shaft 4, a fifth shaft 5, a sixth shaft 6, a seventh shaft 7, an eighth shaft eighth and a ninth wave 9.
  • the webs of the first and second planetary gear sets P1, P2 are coupled to each other via the fourth shaft 4, which is connected to the ring gear of the planetary gear set P3 of the main gearset, wherein the ring gear of the first planetary gear set P1 with the Sun gear of the second planetary gear set P2 is coupled via the eighth shaft 8, which via the third clutch 18 to the drive shaft 1 is detachably connectable.
  • the sun gear of the first planetary gearset P1 can be coupled by means of the third shaft 3 via the first brake 03 to the housing G of the transmission and via the first clutch 13 to the drive shaft 1 detachably connectable.
  • the first clutch 13 and the first brake 03 on a common plate carrier.
  • the ring gear of the second planetary gear set P2 can be coupled by means of the fifth shaft 5 via the second brake 05 to the housing G of the transmission.
  • the sixth shaft 6 is connected via an idler 10 constantly with the ring gear of the fourth planetary gear set P4 and the web of the third planetary gear set P3 and detachably connected to the drive shaft 1 via the second clutch 1 6.
  • the seventh shaft 7 is constantly connected to the sun gear of the third planetary gear set P3 and the ninth shaft 9 is constantly connected to the ring gear of the fourth planetary gear set P4 and coupled via the third brake 07 to the housing G of the transmission.
  • the output takes place via the output shaft 2, which is permanently connected to the web of the fourth planetary gearset P4.
  • the intermediate gear 10 and the fourth planetary gear set P4 are provided coaxially with the output shaft 2 formed as an intermediate shaft, which carries a fixed gear 11 as a driven wheel.
  • FIG. 2 there is shown an exemplary circuit diagram of the embodiment of a multi-speed transmission shown in FIG. 1, assuming that the third clutch 18 and the third brake 07 are configured as claw shifting elements (i.e., claw brakes). For each gear three switching elements are closed.
  • the shift scheme can be taken by way of example the respective translations i of the individual gear steps and the gear steps or step increments ⁇ to be determined therefrom.
  • the first gear is obtained by closing the third clutch 18 and the second and third brakes 05, 07, the second gear by closing the first and third brakes 03, 07 and the third clutch 18, the third gear by closing the third brake 07 and the first and third clutch 13, 18 and the fourth gear by closing the third brake 07 and the second clutch 16, wherein optionally another of the switching elements, for example, in the present case, the first clutch 13 is closed.
  • the third clutch 18 or the first brake 03 or the second brake OS can just as well be closed. In all cases, only one switching element is to be operated when switching from the third to the fourth or from the fourth to the fifth gear.
  • the fifth gear which is designed as a direct gear is obtained by closing the first, second and third clutch 13, 1 6, 18, the sixth gear by closing the first brake 03 and the second and third clutch 1 6, 18.
  • the eighth gear is obtained by closing the first and second brakes 03, 05 and the second clutch 16 and the ninth gear by closing the second brake 05 and the first and second clutches 13, 1 6.
  • the reverse gear results by closing the second and third brakes 05, 07 and the first clutch thirteenth
  • the drive shaft can be separated by a coupling element of a drive motor. It is also possible to arrange an external starting element in the direction of power flow behind the transmission. In this alternative embodiment, usually the drive shaft is fixedly connected to the crankshaft of the engine.
  • 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, as a coupling element, a hydrodynamic converter, a hydraulic clutch, a dry starting clutch, a wet starting clutch, a dry or wet engine disconnect clutch, a magnetic particle clutch or a centrifugal clutch can be used. 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 permanently connected to the crankshaft of the engine.
  • the multistage transmission according to the invention also allows the arrangement of a torsional vibration damper between the engine and transmission.
  • a wear-free brake such as a hydraulic or electric retarder or the like, arranged, which is particularly suitable for use in commercial vehicles is 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 a load-shifting clutches or brakes.
  • non-positive clutches or brakes such as e.g. Multi-plate clutches, band brakes and / or cone clutches are 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

Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere Automatgetriebe für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Antriebswelle (1) und eine Abtriebswelle (2), welche in einem Gehäuse (G) angeordnet sind, vier Planetensätze (P1, P2, P3, P4), jeweils umfassend zumindest ein Sonnenrad, einen Planetenträger und ein Hohlrad, sowie mindestens sechs Schaltelemente (03, 05, 07, 13, 16, 18), umfassend eine erste Bremse (03), eine zweite Bremse (05) und eine dritte Bremse (07) und eine erste Kupplung (13), eine zweite Kupplung (16) und eine dritte Kupplung (18), 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 die Planetenträger des zweiten und des vierten Planetensatzes (P2, P4) radial versetzt gegenüber den Planetenträgern des zweiten und des vierten Planetenradsatzes angeordnet ist.

Description

Mehrstufenqetriebe
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe, mit dem neun Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang schaltbar sind und das vier Planetensätze hat. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Mehrstufengetriebe mit den oberbegrifflichen Merkmalen von Anspruch 1 .
Ein solches Getriebe ist aus der DE 10 2008 000 429 A1 bekannt.
Das vorbekannte Getriebe erfüllt zwar eine Vielzahl von Anforderungen, die an moderne Mehrstufengetriebe gestellt werden. Insbesondere lässt sich das Getriebe mit geringem Bauaufwand herstellen, da eine relativ geringe Anzahl von Schaltelementen für die Ausformung des Getriebes erforderlich ist, dieses indes eine sequenzielle Schaltweise ermöglicht, bei der Doppelschaltungen vermieden werden, so dass bei Schaltungen in definierten Ganggruppen jeweils nur ein Schaltelement gewechselt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehrstufengetriebe der eingangs genannten Art anzugeben, welches mindestens neun Vorwärtsgänge und mindestens einen Rückwärtsgang mit ausreichender Übersetzung aufweist, welches indes gegenüber dem gattungsgemäßen Getriebe mit einer in Antriebsachsrichtung geringeren Getriebelänge herstellbar ist. Auch kann es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung sein, ein Mehrstufengetriebe bereitzustellen, welches sich insbesondere als Hybridgetriebe eignet und/oder bei welchem die Integration einer E-Maschine bzw. eines Hybridmoduls mit E-Maschine, Torsionsdämpfersystem und Motortrennkupplung die Getriebelänge nicht übergebührlich vergrößert.
Zur Lösung dieses Problems wird mit der vorliegenden Erfindung ein Mehrstufengetriebe mit den Merkmalen von Anspruch 1 angegeben. Bevorzugte Ausführungsformen sind durch die Merkmale, welche in den Unteransprüchen angegeben sind, gekennzeichnet.
Demnach wird mit der vorliegenden Erfindung ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise vorgeschlagen, welches eine Antriebsachse und eine Abtriebsachse auf- weist, die in einem Gehäuse angeordnet sind. Des Weiteren sind zumindest vier Planetensätze sowie sechs Lastschaltelemente umfassend Bremsen und Kupplungen vorgesehen, deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen den Antrieb und dem Abtrieb bewirkt, so dass zumindest neun Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar sind.
Bevorzugt sind die vier Planetensätze als Minusplanetensätze ausgebildet, umfassen also jeweils zumindest ein Sonnenrad, ein Hohlrad, ein Planetenrad und einen Planetenträger. Wobei das Sonnenrad, das Hohlrad und der Planetenträger jeweils entweder starr oder um ein gemeinsame Achse drehbar gelagert sind. Das zumindest eine Planetenrad ist rotierbar am Planetenträger angeordnet, wobei die Rotationsachse des Planetenrads fest relativ zu dem Planetenträger und parallel zur gemeinsamen Achse des Planetenträgers, des Sonnenrads und des Hohlrads ausgebildet ist. Bevorzugt sind eine Mehrzahl an Planeten am Planetenträger angeordnet. Das Planetenrad oder die Planetenräder kämmen sowohl mit dem Sonnenrad als auch mit dem Hohlrad.
Auch kann einer oder mehrere der Planetensätze als Plusplanetensatz ausgebildet sein, wobei ein Plusplanetensatz zumindest ein erstes Planetenrad und ein zweites Planetenrad aufweist, wobei das erste Planetenrad mit dem Sonnenrad und das zweite Planetenrad mit dem Hohlrad kämmt. Dabei kämmt das erste Planetenrad in dem zweiten Planetenrad.
Bevorzugt sind dabei die Planetenträger des zweiten und des vierten Planetensatzes radial zur Richtung der Antriebsachse versetzt gegenüber den Planetenträgern des ersten und des dritten Planetenradsatzes angeordnet. Besonders bevorzugt sind die Drehachsen der Planetenträger des zweiten und vierten Planetensatzes radial gegenüber den Drehachsen des ersten und vierten Planetensatzes versetzt. Durch den Versatz werden die Ausmaße des Getriebes in axialer Richtung der Antriebsachse verkleinert, wodurch das Getriebe auch in kompaktere Bauräume eingepasst werden kann.
Bevorzugt ist in axialer Richtung der Antriebswelle der erste, dritte und vierte Planetensatz in der Reihenfolge erster, dritter und vierter Planetensatz oder vierter, dritter und erster Planetensatz angeordnet. Der zweite Planetensatz ist bevorzugt entweder zwi- sehen dem ersten und dem dritten Planetensatz oder oberhalb des ersten Planetensatz, also auf der von der Antriebsachse abgewandten Seite des ersten Planetensatz, oder an der vom dritten Planetensatz abgewandten Seite des ersten Planetensatz angeordnet.
Diese versetzte Anordnung ermöglicht zusätzlichen Bauraum an dem Eingang der Antriebsachse bereitzustellen und so dort weitere Komponenten, wie eine Kupplung und/oder einen Elektromotor zu integrieren.
Bevorzugt ist die Antriebswelle über die erste Kupplung mit dem Sonnenrad des ersten Planetensatz verbindbar, das Sonnenrad des ersten Planetensatz über die erste Bremse mit dem Gehäuse verbindbar, das Hohlrad des ersten Planetensatz mit dem Sonnenrad des zweiten Planetensatz verbunden, der Planetenträger des ersten Planetensatz mit dem Planetenträger des zweiten Planetensatz und dem Hohlrad des dritten Planetensatz verbunden, das Hohlrad des ersten Planetensatz und das Sonnenrad des zweiten Planetensatz über eine dritte Kupplung mit der Antriebswelle verbindbar, das Hohlrad des zweiten Planetensatz mit dem Gehäuse verbunden und das Sonnenrad des dritten Planetensatz über eine dritte Bremse mit dem Gehäuse verbindbar.
Unter der Eigenschaft, dass zwei oder mehrere Elemente miteinander verbunden sind, wird insbesondere verstanden, dass die beiden oder mehreren Elemente dieselbe Drehzahl aufweisen und besonders bevorzugt, dass die beiden oder mehreren Elemente drehfest mit der selben Welle verbunden sind.
Unter der Eigenschaft, dass zwei oder mehrere Elemente miteinander verbindbar sind, soll insbesondere verstanden werden, dass diese Elemente miteinander lösbar, besonders bevorzugt durch ein Schaltelement, miteinander verbunden sind.
Die besondere Ausgestaltung des Getriebes ermöglicht ein besonders wirtschaftliches Getriebe, womit neun Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang ermöglicht werden.
Bevorzugt ist der Planetenträger des dritten Planetensatz mit einem ersten Zwischenrad verbunden und über eine zweite Kupplung mit der Antriebswelle verbindbar, wobei das erste Zwischenrad im Sonnenrad des vierten Planetensatz kämmt. Das Zwischenrad kann dabei fest auf der Welle angeordnet sein oder einstückig mit der Welle ausgebildet sein, welche den Planetenträger des dritten Planetensatz mit der zweiten Kupplung verbindet. Insbesondere kann das Zwischenrad dieselbe Drehzahl aufweisen, wie der Planetenträger des dritten Planetenradsatzes. Das Zwischenrad kann als Stirnrad ausgebildet sein, aber auch als Kegelrad, Schneckenrad oder eine andere Zahnradform.
Auch kann ein Drehmoment vom Planetenträger des dritten Planetensatzes auf das Sonnenrad des vierten Planetensatzes über eine Kette, einen Riemen oder ähnliches übertragen werden.
Bevorzugt ist der Planetenträger des vierten Planetensatz mit der Abtriebswelle verbunden. Dabei kann die Abtriebswelle zur Antriebswelle radial versetzt angeordnet sein, so dass sich das Getriebe vor allem zum Einbau quer zur Fahrzeughauptachse eignet.
Weiter kann das Hohlrad des vierten Planetensatz über ein Zwischenrad mit dem Sonnenrad des dritten Planetensatz verbunden sein und über das Zwischenrad und die dritte Bremse mit dem Gehäuse verbindbar sein.
Die Abtriebswelle kann mit einem Abtriebsrad versehen sein. Eins solches Abtriebsrad kann dabei ein Zahnrad, wie ein Strinrad sein, aber auch ein Rad, welches eine Drehmomentübertragung mittels Riemen, Reibrad etc. erlaubt.
Bevorzugt ist die zweite Kupplung in axialer Richtung zwischen dem dritten und dem ersten Planetensatz angeordnet ist. Wobei die axiale Richtung senkrecht zur Hauptausbreitungsrichtung der Antriebsachse ist.
Obwohl alle Schaltelemente als Reibschaltelemente oder als Klauenschaltelemente ausgebildet sein können, eignen sich insbesondere die dritte Kupplung und/oder die dritte Bremse zur Ausbildung als Klauenschaltelement. Da Klauenschaltelemente in der Regel einen höheren Wirkungsgrad bei der Übertragung des Drehmoments aufwei- sen, wird durch die Verwendung eines Klauenschaltelements der Wirkungsgrad des Getriebes erhöht.
In einer besonderen Ausführungsform kann die zweite Bremse oder die dritte Bremse als Anfahrelemente ausgebildet sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann die dritte Kupplung und die zweite Bremse als Anfahrelemente ausgeführt sein.
Unter einem Anfahrelement kann insbesondere ein Elektromotor verstanden werden.
Insbesondere können in dem Mehrstufengetriebe neun Vorwärtsgänge realisierbar sein, wobei sich der erste Gang durch Schließen der dritten Kupplung und der zweiten und dritten Bremse, der zweite Gang durch Schließen der ersten und dritten Bremse und der dritten Kupplung, der dritte Gang durch Schließen der dritten Bremse und der ersten und dritten Kupplung, der vierte Gang durch Schließen der dritten Bremse und der zweiten Kupplung und eines der Schaltelemente erste Bremse, zweite Bremse, erste Kupplung und dritte Kupplung, der fünfte Gang durch Schließen der ersten bis dritten Kupplungen, der sechste Gang durch Schließen der ersten Bremse und der zweiten und dritten Kupplung, der siebte Gang durch Schließen der zweiten Bremse und der zweiten und dritten Kupplung, der achte Gang durch Schließen der ersten und zweiten Bremse und der zweiten Kupplung und der neunte Gang durch Schließen der zweiten Bremse und der ersten und zweiten Kupplung ergibt.
Bevorzugt muss zum Wechsel eines Gangs in den nächsthöheren Gang nur ein Schaltelement geöffnet werden und ein Schaltelement geschlossen werden.
Der Rückwärtsgang kann sich durch Schließen der zweiten und dritten Bremse und der ersten Kupplung ergeben.
Außerdem ist das erfindungsgemäße Getriebe derart konzipiert, dass eine An- passbarkeit an unterschiedliche Triebstrangausgestaltungen sowohl in Kraftflussrich- tung als auch in räumlicher Hinsicht ermöglicht wird. Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe eignet sich insbesondere für den Einbau in PKW mit Front- Quermotorisierung und angetriebener Vorderachse.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In dieser zeigen:
Figur 1 : eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes und
Figur 2: ein Schaltschema für das in Figur 1 gezeigte Beispiel eines Mehrstufengetriebes.
In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe mit einer Antriebswelle 1 und einer Abtriebswelle 2 dargestellt, welche in einem Gehäuse G angeordnet sind, wobei die Abtriebswelle 4 achsversetzt zu der Antriebswelle 1 angeordnet ist. Es sind vier Planetensätze P1 , P2, P3 und P4 vorgesehen, wobei der erste und der zweite Planetensatz P1 , P2 als Minus-Planetensätze ausgebildet sind und einen schaltbaren Vor- schaltradsatz bilden und wobei der dritte und der vierte Planetensatz P3, P4 den Hauptradsatz bilden.
Wie aus Figur 1 ersichtlich, sind sechs Schaltelemente, nämlich eine erste Bremse 03, eine zweite Bremse 05 und eine dritte Bremse 07 sowie eine erste Kupplung 13, eine zweite Kupplung 1 6 und eine dritte Kupplung 18 vorgesehen. Die räumliche Anordnung der Schaltelemente kann beliebig sein und wird nur durch die Abmessungen und die äußere Formgebung begrenzt. Insbesondere kann neben der gezeigten Anordnung der zweiten Kupplung 1 6 in axialer Richtung vor sämtlichen Planetensätzen P1 , P2, P3 und P4 die zweite Kupplung 1 6 auch axial zwischen dem Vorschaltradsatz P1 , P2 und dem Hauptradsatz P3, P4 angeordnet sein. Weiterhin kann neben der gezeigten Anordnung der dritten Bremse 07 diese dritte Bremse 07 die Welle 9 mit dem Gehäuse G verbinden Mit den zuvor beschriebenen Schaltelementen 03, 05, 07, 13, 1 6, 18 ist ein selektives Schalten von neun Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang realisierbar. Das gezeigte Ausführungsbeispiel weist insgesamt neun drehbare Wellen auf, nämlich eine erste Welle 1 , eine zweite Welle 2, eine dritte Welle 3, eine vierte Welle 4, eine fünfte Welle 5, eine sechste Welle 6, eine siebte Welle 7, eine achte Welle 8 und eine neunte Welle 9.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel des Mehrstufengetriebes gemäß Figur 1 sind die Stege des ersten und des zweiten Planetensatzes P1 , P2 über die vierte Welle 4 miteinander gekoppelt, welche mit dem Hohlrad des Planetensatzes P3 des Hauptradsatzes verbunden ist, wobei das Hohlrad des ersten Planetensatzes P1 mit dem Sonnenrad des zweiten Planetensatzes P2 über die achte Welle 8 gekoppelt ist, welche über die dritte Kupplung 18 mit der Antriebswelle 1 lösbar verbindbar ist.
Des Weiteren ist das Sonnenrad des ersten Planetensatzes P1 mittels der dritten Welle 3 über die erste Bremse 03 an das Gehäuse G des Getriebes ankoppelbar und über die erste Kupplung 13 mit der Antriebswelle 1 lösbar verbindbar. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die erste Kupplung 13 und die erste Bremse 03 einen gemeinsamen Lamellenträger auf. Das Hohlrad des zweiten Planetensatzes P2 ist mittels der fünften Welle 5 über die zweite Bremse 05 an das Gehäuse G des Getriebes ankoppelbar.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist die sechste Welle 6 über ein Zwischenrad 10 ständig mit dem Hohlrad des vierten Planetensatzes P4 und mit dem Steg des dritten Planetensatzes P3 verbunden und über die zweite Kupplung 1 6 lösbar mit der Antriebswelle 1 verbindbar. Die siebte Welle 7 ist ständig mit dem Sonnenrad des dritten Planetensatzes P3 und über die neunte Welle 9 ständig mit dem Hohlrad des vierten Planetensatzes P4 verbunden und über die dritte Bremse 07 an das Gehäuse G des Getriebes ankoppelbar. Der Abtrieb erfolgt über die ständig mit dem Steg des vierten Planetensatzes P4 verbundene Abtriebswelle 2. Dementsprechend sind das Zwischenrad 10 sowie der vierte Planetensatz P4 koaxial zu der als Zwischenwelle ausgeformten Abtriebswelle 2 vorgesehen, die ein Festrad 1 1 als Abtriebsrad trägt.
In Fig. 2 ist ein beispielhaftes Schaltschema des in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiels eines Mehrstufengetriebes dargestellt, wobei angenommen wird, dass die dritte Kupplung 18 und die dritte Bremse 07 als Klauenschaltelemente (d.h. als Klauenkupplung bzw. Klauenbremse) ausgeführt sind. 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 beispielhaft entnommen werden.
Der erste Gang ergibt sich durch Schließen der dritten Kupplung 18 sowie der zweiten und dritten Bremse 05, 07, der zweite Gang durch Schließen der ersten und dritten Bremse 03, 07 sowie der dritten Kupplung 18, der dritte Gang durch Schließen der dritten Bremse 07 und der ersten und dritten Kupplung 13, 18 und der vierte Gang durch Schließen der dritten Bremse 07 und der zweiten Kupplung 16, wobei wahlweise ein weiteres der Schaltelemente, beispielweise vorliegend die erste Kupplung 13 geschlossen wird. Statt der ersten Kupplung 13 kann aber ebenso gut die dritte Kupplung 18 oder die erste Bremse 03 oder die zweite Bremse OSgeschlossen werden. In allen Fällen ist lediglich ein Schaltelement beim Schalten von dem dritten in den vierten bzw. von dem vierten in den fünften Gang zu betätigen.
Der fünfte Gang, der als Direktgang ausgebildet ist, wird durch Schließen der ersten, zweiten und dritten Kupplung 13, 1 6, 18 erhalten, der sechste Gang durch Schließen der ersten Bremse 03 sowie der zweiten und dritten Kupplung 1 6, 18. Bei geschlossener zweiter und dritter Kupplung 1 6, 18 und Schließen der zweiten Bremse 05 wird der siebte Gang erhalten. Der achte Gang ergibt sich durch Schließen der ersten und zweiten Bremse 03, 05 und der zweiten Kupplung 16 und der neunte Gang durch Schließen der zweiten Bremse 05 und der ersten und zweiten Kupplung 13, 1 6. Wie ferner aus dem Schaltschema gemäß Fig. 2 ersichtlich ist, ergibt sich der Rückwärtsgang durch Schließen der zweiten und dritten Bremse 05, 07 und der ersten Kupplung 13. Der in Figur 2 vorgestellten Schaltmatrix, insbesondere den dort gezeigten Übersetzungen und Gangsprüngen ergeben sich durch Stahlübersetzung der vier Planetensätze P1 , P2, P3 und P4 von jeweils -2, -1 ,5, -2,64 und -2,64
Dadurch, dass im ersten Vorwärtsgang und im Rückwärtsgang die zweite Bremse 05 und die dritte Bremse 07 geschlossen sind, können diese als Reibschaltelemente ausgeführte Schaltelemente als Anfahrelemente eingesetzt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Antriebswelle durch ein Kopplungselement von einem Antriebs- Motor trennbar sein. Ebenso ist es möglich, in Kraftflussrichtung hinter dem Getriebe ein externen Anfahrelement anzuordnen. Bei dieser alternativen Ausgestaltung ist üblicherweise die Antriebswelle fest mit der Kurbelwelle des Motors verbunden.
Es ist zudem möglich, an jeder geeigneten Stelle des Mehrstufengetriebes zusätzliche Freiläufe vorzusehen, beispielsweise zwischen einer Welle und dem Gehäuse oder um zwei Wellen gegebenenfalls zu verbinden.
Auf der Antriebsseite oder auf der Abtriebsseite können erfindungsgemäß ein Achsdifferential und/oder ein Verteilerdifferential angeordnet werden.
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Antriebswelle 1 durch ein Kupplungselement von einem Antriebs-Motor nach Bedarf getrennt werden, wobei als Kupplungselement ein hydrodynamischer Wandler, eine hydraulische Kupplung, eine trockene Anfahrkupplung, eine nasse Anfahrkupplung, eine trockene oder nasse Motortrennkupplung, eine Magnetpulverkupplung oder eine Fliehkraftkupplung einsetzbar sind. Es ist auch möglich, ein derartiges Anfahrelement in Kraftflussrichtung hinter dem Getriebe anzuordnen, wobei in diesem Fall die Antriebswelle 1 ständig mit der Kurbelwelle des Motors verbunden ist.
Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe ermöglicht außerdem die Anordnung eines Torsionsschwingungsdämpfers zwischen Motor und Getriebe. Im Rahmen einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann auf jeder Welle, bevorzugt auf der Antriebswelle 1 oder der Abtriebswelle 2 , eine verschleißfreie Bremse, wie z.B. ein hydraulischer oder 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 lastschaltende Kupplungen o- der 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.
Bezuaszeichen
Antriebswelle
Abtriebswelle
dritte Welle
vierte Welle
fünfte Welle
sechste Welle
siebte Welle
achte Welle
neunte Welle
0 Zwischenrad
1 1 Festrad
3 erste Bremse
5 zweite Bremse
7 dritte Bremse
13 erste Kupplung
1 6 zweite Kupplung
18 dritte Kupplung
P1 erster Planetensatz
P2 zweiter Planetensatz
P3 dritter Planetensatz
P4 vierter Planetensatz
i Übersetzung
φ Stufensprung
G Gehäuse

Claims

Patentansprüche
1 . Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere Automatgetriebe für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Antriebswelle (1 ) und eine Abtriebswelle (2), welche in einem Gehäuse (G) angeordnet sind, vier Planetensätze (P1 , P2, P3, P4), jeweils umfassend zumindest ein Sonnenrad, einen Planetenträger und ein Hohlrad, sowie mindestens sechs Schaltelemente (03, 05, 07, 13, 1 6, 18), umfassend eine erste Bremse (03), eine zweite Bremse (05) und eine dritte Bremse (07) und eine erste Kupplung (13), eine zweite Kupplung (1 6) und eine dritte Kupplung (18), 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 die Planetenträger des zweiten und des vierten Planetensatzes (P2, P4) radial versetzt gegenüber den Planetenträgern des ersten und des dritten Planetenradsatzes (P1 ,P3) angeordnet ist.
2. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung der Antriebswelle (1 ) der erste, dritte und vierte Planetensatz (P1 ,P3, P4) in der Reihenfolge erster (P1 ), dritter (P3) und vierter Planetensatz (P4) oder vierter (P4), dritter (P3) und erster Planetensatz (P1 ) angeordnet ist, wobei der zweite Planetensatz (P2) entweder zwischen dem ersten (P1 ) und dem dritten Planetensatz (P3) oder oberhalb des ersten Planetensatz (P1 ) oder an der vom dritten Planetensatz (P3) abgewandten Seite des ersten Planetensatz (P1 ) angeordnet ist.
3. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (1 ) über die erste Kupplung (13) mit dem Sonnenrad des ersten Planetensatz (P1 ) verbindbar ist, das Sonnenrad des ersten Planetensatz (P1 ) über die erste Bremse (03) mit dem Gehäuse (G) verbindbar ist, das Hohlrad des ersten Planetensatz (P1 ) mit dem Sonnenrad des zweiten Planetensatz (P2) verbunden ist, der Planetenträger des ersten Planetensatz (P1 ) mit dem Planetenträger des zweiten Planetensatz (P2) und dem Hohlrad des dritten Planetensatz (P3) verbunden ist, das Hohlrad des ersten Planetensatz (P1 ) und das Sonnenrad des zweiten Planetensatz (P2) über eine dritte Kupplung (18) mit der Antriebswelle (1 ) verbindbar ist, das Hohlrad des zwei- ten Planetensatz (P2) mit dem Gehäuse (G) verbunden ist, das Sonnenrad des dritten Planetensatz (P3) über eine dritte Bremse (07) mit dem Gehäuse (G) verbindbar ist.
4. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger des dritten Planetensatz (P3) mit einem Zwischenrad (10) verbunden ist und über eine zweite Kupplung (1 6) mit der Antriebswelle (1 ) verbindbar ist, wobei das Zwischenrad (10) im Sonnenrad des vierten Planetensatz (P4) kämmt und der Planetenträger des vierten Planetensatz (P4) mit der Abtriebswelle verbunden ist.
5. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad des vierten Planetensatz (P4) über ein Zwischenrad mit dem Sonnenrad des dritten Planetensatz (P3) verbunden ist und über das Zwischenrad und die dritte Bremse (07) mit dem Gehäuse (G) verbindbar ist:
6. Mehrstufengetriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (2) mit einem Abtriebsrad (1 1 ) versehen ist.
7. Mehrstufengetriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kupplung (1 6) in axialer Richtung zwischen dem dritten (P3) und dem ersten Planetensatz (P1 ) angeordnet ist.
8. Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Kupplung (18) und/oder die dritte Bremse (07) als Klauenschaltelement ausgebildet sind.
9. Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bremse (05) oder die dritte Bremse (07) oder die dritte Kupplung (18) und die zweite Bremse (05) als Anfahrelemente ausgeführt sind.
10. Mehrstufengetriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neun Vorwärtsgänge realisierbar sind, wobei sich der erste Gang durch Schließen der dritten Kupplung (18) und der zweiten und dritten Bremse (05, 07) , der zweite Gang durch Schließen der ersten und dritten Bremse (03,07) und der dritten Kupplung (18), der dritte Gang durch Schließen der dritten Bremse (07) und der ersten und dritten Kupplung (13, 18), der vierte Gang durch Schließen der dritten Bremse (07) und der zweiten Kupplung (1 6) und eines der Schaltelemente erste Bremse (03), zweite Bremse (05), erste Kupplung (13), dritte Kupplung (18), der fünfte Gang durch Schließen der ersten bis dritten Kupplungen (13, 1 6, 18), der sechste Gang durch Schließen der ersten Bremse (03) und der zweiten und dritten Kupplung (1 6, 18), der siebte Gang durch Schließen der zweiten Bremse (05) und der zweiten und dritten Kupplung (1 6, 18), der achte Gang durch Schließen der ersten und zweiten Bremse (03, 05) und der zweiten Kupplung (1 6) und der neunte Gang durch Schließen der zweiten Bremse (05) und der ersten und zweiten Kupplung (13, 1 6) ergibt.
1 1 Mehrstufengetriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Rückwärtsgang durch Schließen der zweiten und dritten Bremse (05, 07) und der ersten Kupplung (13) ergibt.
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