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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere ein Automatgetriebe für ein Kraftfahrzeug.
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Automatgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, umfassen nach dem Stand der Technik Planetensätze, die mittels Reibungs- bzw. Schaltelementen, wie etwa Kupplungen und Bremsen, geschaltet werden und üblicherweise mit einem einer Schlupfwirkung unterliegenden und wahlweise mit einer Überbrückungskupplung versehenen Anfahrelement, wie etwa einem hydrodynamischen Drehmomentwandler oder einer Strömungskupplung, verbunden sind.
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Ein derartiges Automatgetriebe ist beispielsweise aus der
DE 199 49 507 A1 der Anmelderin bekannt; hierbei sind an der Antriebswelle zwei nicht schaltbare Vorschaltradsätze vorgesehen, die ausgangsseitig zwei Drehzahlen erzeugen, die neben der Drehzahl der Antriebswelle wahlweise auf einen auf die Abtriebswelle wirkenden, schaltbaren Doppelplanetenradsatz durch selektives Schließen der verwendeten Schaltelemente derart schaltbar sind, dass zum Umschalten von einem Gang in den jeweils nächstfolgenden höheren oder niedrigeren Gang von den beiden gerade betätigten Schaltelementen jeweils nur ein Schaltelement zu- oder abgeschaltet werden muss.
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Unter Verwendung von fünf Schaltelementen werden hierbei sieben Vorwärtsgänge erzielt, unter Verwendung von sechs Schaltelementen neun oder zehn Vorwärtsgänge.
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Des weiteren ist aus der
DE 102 13 820 A1 ein Mehrgangautomatikgetriebe mit acht Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang bekannt, umfassend einen ersten Eingangspfad
T1 eines ersten Übersetzungsverhältnisses; einen Eingangspfad
T2, der ein größeres Übersetzungsverhältnis als dieser Eingangspfad
T1 hat; einen Planetenradsatz vom Typ Ravigneaux mit vier Elementen, wobei die vier Elemente ein erstes Element, ein zweites Element, ein drittes Element und ein viertes Element in der Reihenfolge der Elemente in einem Drehzahldiagramm sind; eine Kupplung C-2, die eine Drehung des Eingangspfads
T2 auf das erste Element
S3 überträgt; eine Kupplung C-1, die die Drehung von dem Eingangspfad
T2 auf das vierte Element
S2 überträgt; eine Kupplung C-4, die eine Drehung von dem Eingangspfad
T1 auf das erste Element überträgt; eine Kupplung C-3, die die Drehung von dem Eingangspfad
T1 auf das zweite Element
C3 überträgt; eine Bremse B-1, die den Eingriff des vierten Elements herstellt; eine Bremse B-2, die den Eingriff des zweiten Elements herstellt; und ein Abtriebselement, das mit dem dritten Element
S3 gekoppelt ist.
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Ein 9-Gang-Mehrstufengetriebe ist ferner aus der
DE 29 36 969 A1 bekannt; es umfasst acht Schaltelemente und vier Radsätze, wobei ein Radsatz als Vorschaltgetriebe dient und das Hauptgetriebe einen Simpson-Satz und einen weiteren als Umkehrgetriebe dienenden Radsatz aufweist.
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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 vermeiden, so dass bei Schaltungen in definierten Ganggruppen jeweils nur ein Schaltelement gewechselt wird.
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Aus der nicht vorveröffentlichten
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 Planetensätze, im Folgenden als erster, zweiter, dritter und vierter Planetensatz 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 ist.
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Hierbei bilden der erste und der zweite Planetensatz, die vorzugsweise als Minus-Planetensätze ausgebildet sind, einen schaltbaren Vorschaltradsatz, wobei der dritte und der vierte Planetensatz einen Hauptradsatz bilden.
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Bei dem bekannten Mehrstufengetriebe ist vorgesehen, dass die Stege des ersten und des zweiten Planetensatzes über die vierte Welle miteinander gekoppelt sind, welche mit einem Element des Hauptradsatzes verbunden ist, dass das Hohlrad des ersten Planetensatzes mit dem Sonnenrad des zweiten Planetensatzes über die achte Welle gekoppelt ist, welche über eine erste Kupplung mit der Antriebswelle lösbar verbindbar ist und dass das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mittels der dritten Welle über eine erste Bremse an ein Gehäuse des Getriebes ankoppelbar und über eine zweite Kupplung mit der Antriebswelle lösbar verbindbar ist, wobei das Hohlrad des zweiten Planetensatzes mittels der fünften Welle über eine zweite Bremse an ein Gehäuse des Getriebes ankoppelbar ist. Zudem ist die siebte Welle mit zumindest einem Element des Hauptradsatzes ständig verbunden und über eine dritte Bremse an ein Gehäuse des Getriebes ankoppelbar, wobei die sechste Welle mit zumindest einem weiteren Element des Hauptradsatzes ständig verbunden und über eine dritte Kupplung mit der Antriebswelle lösbar verbindbar ist; die Abtriebswelle ist mit zumindest einem weiteren Element des Hauptradsatzes ständig verbunden.
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Vorzugsweise ist bei dem bekannten Getriebe die vierte Welle ständig mit dem Hohlrad des dritten Planetensatzes verbunden, wobei die sechste Welle ständig mit dem Hohlrad des vierten Planetensatzes und dem Steg des dritten Planetensatzes verbunden und über die dritte Kupplung mit der Antriebswelle lösbar verbindbar ist. Ferner ist die siebte Welle ständig mit den Sonnenrädern des dritten und vierten Planetensatzes verbunden und über die dritte Bremse an ein Gehäuse des Getriebes ankoppelbar. Der Abtrieb erfolgt hierbei über die ständig mit dem Steg des vierten Planetensatzes verbundene Abtriebswelle. Des weiteren können der dritte und der vierte Planetensatz zu einem Ravigneaux-Satz mit einem gemeinsamen Steg und einem gemeinsamen Hohlrad zusammengesetzt bzw. reduziert sein.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehrstufengetriebe der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welches neun Vorwärtsgänge und mindestens einen Rückwärtsgang mit ausreichender Übersetzung aufweist, bei dem der Bauaufwand und die Baugröße, insbesondere die Baulänge, bzw. das Gewicht optimiert werden und zudem der Wirkungsgrad hinsichtlich der Schlepp- und Verzahnungsverluste verbessert wird. Zudem sollen bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe geringe Stützmomente auf die Schaltelemente wirken. Insbesondere soll das erfindungsgemäße Getriebe für eine Front-Quer-Bauweise geeignet sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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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 Planetensätze, im Folgenden als erster, zweiter, dritter und vierter Planetensatz bezeichnet, 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.
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Die Planetensätze sind axial betrachtet in der Reihenfolge erster Planetensatz, zweiter Planetensatz, dritter Planetensatz, vierter Planetensatz angeordnet und sind vorzugsweise als Minus-Planetensätze ausgebildet.
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Ein einfacher Minus-Planetensatz umfasst bekanntlich ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, an dem Planetenräder drehbar gelagert sind, die jeweils mit Sonnenrad und Hohlrad kämmen. Hierdurch weist das Hohlrad bei festgehaltenem Steg eine zum Sonnenrad entgegengesetzte Drehrichtung auf. Demgegenüber umfasst ein einfacher Plus-Planetensatz 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.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Sonnenrad des ersten Planetensatzes an ein Gehäuse des Getriebes gekoppelt, wobei der Steg des ersten Planetensatzes mit der dritten Welle verbunden ist, welche über eine zweite Bremse an ein Gehäuse des Getriebes ankoppelbar, über eine erste Kupplung mit der Antriebswelle und über eine zweite Kupplung mit der fünften Welle lösbar verbindbar ist, wobei die fünfte Welle mit dem Hohlrad des zweiten Planetensatzes und dem Sonnenrad des vierten Planetensatzes verbunden ist und die Antriebswelle mit dem Sonnenrad des zweiten Planetensatzes und dem Steg des dritten Planetensatzes verbunden ist.
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Des weiteren ist das Hohlrad des ersten Planetensatzes mit der sechsten Welle verbunden, die über eine vierte Kupplung mit der achten Welle lösbar verbindbar ist, welche mit dem Steg des zweiten Planetensatzes und dem Sonnenrad des dritten Planetensatzes direkt verbunden ist, wobei das Hohlrad des vierten Planetensatzes über eine erste Bremse an ein Gehäuse des Getriebes ankoppelbar ist und wobei die Abtriebswelle über eine dritte Kupplung mit der mit dem Hohlrad des dritten Planetensatzes verbundenen siebten Welle lösbar verbindbar und mit dem Steg des vierten Planetensatzes verbunden ist.
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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.
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Darüber hinaus wird mit dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe durch eine geringe Anzahl an Schaltelementen, der Bauaufwand erheblich reduziert. In vorteilhafter Weise ist es mit dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe möglich, ein Anfahren mit einem hydrodynamischen Wandler, einer externen Anfahrkupplung oder auch mit sonstigen geeigneten externen Anfahrelementen durchzuführen. Es ist auch denkbar, einen Anfahrvorgang mit einem im Getriebe integrierten Anfahrelement zu ermöglichen. Vorzugsweise eignet sich ein Schaltelement, welches im ersten Vorwärtsgang und im Rückwärtsgang betätigt wird.
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Des weiteren ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe ein guter Wirkungsgrad in den Hauptfahrgängen bezüglich der Schlepp- und Verzahnungsverluste.
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Ferner liegen geringe Momente in den Schaltelementen und in den Planetensätzen des Mehrstufengetriebes vor, wodurch der Verschleiß bei dem Mehrstufengetriebe in vorteilhafter Weise reduziert wird. Zudem wird durch die geringen Momente eine entsprechend geringe Dimensionierung ermöglicht, wodurch der benötigte Bauraum und die entsprechenden Kosten reduziert werden. Darüber hinaus liegen auch geringe Drehzahlen bei den Wellen, den Schaltelementen und den Planetensätzen vor.
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Außerdem ist das erfindungsgemäße Getriebe derart konzipiert, dass eine Anpassbarkeit an unterschiedliche Triebstrangausgestaltungen sowohl in Kraftflussrichtung als auch in räumlicher Hinsicht ermöglicht wird.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. In diesen stellen dar:
- 1: Eine schematische Ansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes; und
- 2: Ein beispielhaftes Schaltschema für ein Mehrstufengetriebe gemäß 1.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe mit einer Antriebswelle 1, einer Abtriebswelle 2 und vier Planetensätzen P1, P2, P3 und P4 dargestellt, welche in einem Gehäuse G angeordnet sind. Die Planetensätze P1, P2, P3 und P4 sind bei dem in 1 gezeigten Beispiel als Minus-Planetensätze ausgebildet. Gemäß der Erfindung kann zumindest ein Planetensatz als Plus-Planetensatz ausgeführt sein, wenn gleichzeitig die Steg- und Hohlradanbindung getauscht und der Betrag der Standübersetzung im Vergleich zu der Ausführung als Minus-Planetensatz um 1 erhöht wird.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Planetensätze axial betrachtet in der Reihenfolge P1, P2, P3, P4 angeordnet.
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Wie aus 1 ersichtlich, sind sechs Schaltelemente, nämlich zwei Bremsen 03, 04 und vier Kupplungen 13, 35 und 27 und 68 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.
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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 und die Abtriebswelle die zweite Welle des Getriebes bildet.
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Erfindungsgemäß ist bei dem Mehrstufengetriebe gemäß 1 vorgesehen, dass das Sonnenrad des ersten Planetensatzes P1 an ein Gehäuse G des Getriebes gekoppelt ist (Welle 0), wobei der Steg des ersten Planetensatzes P1 mit der dritten Welle 3 verbunden ist, welche über eine zweite Bremse 03 an ein Gehäuse G des Getriebes ankoppelbar, über eine erste Kupplung 13 mit der Antriebswelle 1 und über eine zweite Kupplung 35 mit der fünften Welle 5 lösbar verbindbar ist.
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Wie aus 1 ersichtlich, ist die fünfte Welle 5 mit dem Hohlrad des zweiten Planetensatzes P2 und dem Sonnenrad des vierten Planetensatzes P4 verbunden, wobei die Antriebswelle 1 mit dem Sonnenrad des zweiten Planetensatzes P2 verbunden und mit dem Steg des dritten Planetensatzes P3 verbunden ist.
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Erfindungsgemäß ist das Hohlrad des ersten Planetensatzes P1 mit der sechsten Welle 6 verbunden, die über eine vierte Kupplung 68 mit der achten Welle 8 lösbar verbindbar ist, welche mit dem Steg des zweiten Planetensatzes P2 und dem Sonnenrad des dritten Planetensatzes P3 direkt verbunden ist, wobei das Hohlrad des vierten Planetensatzes P4 mit der vierten Welle 4 verbunden ist, die über eine erste Bremse 04 an ein Gehäuse G des Getriebes ankoppelbar ist; die Abtriebswelle 2 ist über eine dritte Kupplung 27 mit der mit dem Hohlrad des dritten Planetensatzes P3 verbundenen siebten Welle 7 lösbar verbindbar und mit dem Steg des vierten Planetensatzes P4 verbunden.
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Erfindungsgemäß kann die erste Kupplung 13 axial betrachtet zwischen dem ersten und dem zweiten Planetensatz P1, P2 angeordnet sein, wobei die dritte Kupplung 27 axial betrachtet zwischen dem dritten und dem vierten Planetensatz P3, P4 angeordnet sein kann.
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Ferner sind die zweite Bremse 03 und die zweite Kupplung 35 vorzugsweise axial betrachtet nebeneinander angeordnet.
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In 2 ist ein beispielhaftes Schaltschema eines Mehrstufengetriebes gemäß 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 phi zum nächst höheren Gang beispielhaft entnommen werden, wobei der Wert 9,002 die Spreizung des Getriebes darstellt.
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Typische Werte für die Standübersetzungen der als Minus-Planetensätze ausgeführten Planetensätze P1, P2, P3 und P4 sind jeweils -1,60, -2,228, - 1,60 und -3,642. Aus 2 wird ersichtlich, dass bei sequentieller Schaltweise Doppelschaltungen bzw. Gruppenschaltungen vermieden werden, da zwei benachbarte Gangstufen zwei Schaltelemente gemeinsam benutzen. Ferner wird ersichtlich, dass eine große Spreizung bei kleinen Gangsprüngen erzielt wird.
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Der erste Vorwärts-Gang ergibt sich durch Schließen der ersten Bremse 04 und der zweiten und vierten Kupplung 35, 68, der zweite Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten Bremse 04 und der ersten und zweiten Kupplung 13, 35, der dritte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten Bremse 04 und der ersten und vierten Kupplung 13, 68, der vierte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten Bremse 04 und der dritten und vierten Kupplung 27, 68, der fünfte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten, dritten und vierten Kupplung 13, 27, 68, der vorzugsweise als Direktgang ausgeführte sechste Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten, zweiten und dritten Kupplung 13, 35, 27, der siebte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten, dritten und vierten Kupplung 35, 27, 68, der achte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten Bremse 03 und der zweiten und dritten Kupplung 35, 27 und der neunte Vorwärts-Gang ergibt sich durch Schließen der zweiten Bremse 03 und der dritten und vierten Kupplung 27, 68, wobei sich der Rückwärtsgang durch Schließen der ersten und zweiten Bremse 04, 03 und der vierten Kupplung 68 ergibt.
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Dadurch, dass im ersten Vorwärtsgang und im ersten Rückwärtsgang die erste Bremse 04 und die vierte Kupplung 68 geschlossen sind, können diese Schaltelemente als Anfahrelemente eingesetzt werden.
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Gemäß der Erfindung können sich auch bei gleichem Getriebeschema je nach Schaltlogik unterschiedliche Gangsprünge ergeben, so dass eine anwendungs- bzw. fahrzeugspezifische Variation ermöglicht wird.
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Erfindungsgemäß ist es möglich, an jeder geeigneten Stelle des Mehrstufengetriebes zusätzliche Freiläufe vorzusehen, beispielsweise zwischen einer Welle und dem Gehäuse oder um zwei Wellen gegebenenfalls zu verbinden.
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Auf der Antriebsseite oder auf der Abtriebsseite können erfindungsgemäß ein Achsdifferential und/oder ein Verteilerdifferential angeordnet werden.
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Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Antriebswelle 1 durch ein Kupplungselement von einem Antriebs-Motor nach Bedarf getrennt werden, wobei als Kupplungselement ein hydrodynamischer Wandler, eine hydraulische Kupplung, eine trockene Anfahrkupplung, eine nasse Anfahrkupplung, eine Magnetpulverkupplung oder eine Fliehkraftkupplung einsetzbar sind. Es ist auch möglich, ein derartiges Anfahrelement in Kraftflussrichtung hinter dem Getriebe anzuordnen, wobei in diesem Fall die Antriebswelle 1 ständig mit der Kurbelwelle des Motors verbunden ist.
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Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe ermöglicht außerdem die Anordnung eines Torsionsschwingungsdämpfers zwischen Motor und Getriebe.
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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.
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Die eingesetzten Reibschaltelemente können als lastschaltende Kupplungen oder Bremsen ausgebildet sein. Insbesondere können kraftschlüssige Kupplungen oder Bremsen, wie z.B. Lamellenkupplungen, Bandbremsen und/oder Konuskupplungen, verwendet werden.
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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.
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Selbstverständlich fällt auch jede konstruktive Ausbildung, insbesondere jede räumliche Anordnung der Planetensätze und der Schaltelemente an sich sowie zueinander und soweit technisch sinnvoll, unter den Schutzumfang der vorliegenden Ansprüche, ohne die Funktion des Getriebes, wie sie in den Ansprüchen angegeben ist, zu beeinflussen, auch wenn diese Ausbildungen nicht explizit in den Figuren oder in der Beschreibung dargestellt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 0
- Welle
- 1
- erste Welle, Antriebswelle
- 2
- zweite Welle, Abtriebswelle
- 3
- dritte Welle
- 4
- vierte Welle
- 5
- fünfte Welle
- 6
- sechste Welle
- 7
- siebte Welle
- 8
- achte Welle
- 03
- zweite Bremse
- 04
- erste Bremse
- 13
- erste Kupplung
- 27
- dritte Kupplung
- 35
- zweite Kupplung
- 68
- vierte Kupplung
- P1
- erster Planetensatz
- P2
- zweiter Planetensatz
- P3
- dritter Planetensatz
- P4
- vierter Planetensatz
- i
- Übersetzung
- phi
- Stufensprung
- G
- Gehäuse
