DE102013214619A1

DE102013214619A1 - Getriebe für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102013214619A1
Application number: DE201310214619
Authority: DE
Inventors: Stefan Beck; Christian SIBLA
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2015-01-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere Mehrstufengetriebe, für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Gehäuse, eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, zumindest vier Planetenradsätze, wobei die Planentenradsätze jeweils ein Sonnenrad, zumindest einen Planeten, einen Planetenträger und ein Hohlrad umfassen, sowie mehrere Schaltelemente in Form von zumindest vier Kupplungen und zumindest zwei Bremsen, wobei Sonnenräder zumindest zweier Planetenradsätze, insbesondere die Sonnenräder des ersten und zweiten Planetenradsatzes, über die erste Bremse mit dem Gehäuse verbindbar sind und wobei das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes über die zweite Bremse mit dem Gehäuse verbindbar ist und wobei der Steg des ersten Plantetenradsatzes über die zweite Kupplung mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbindbar ist und wobei das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes über die dritte Kupplung mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes verbindbar ist und wobei das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes über die erste Kupplung mit dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes verbindbar ist und wobei das Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes über die vierte Kupplung mit dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes verbindbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere Mehrstufengetriebe, für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Gehäuse, eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, zumindest vier Planetenradsätze, wobei die Planentenradsätze jeweils ein Sonnenrad, zumindest einen Planeten, einen Planetenträger und ein Hohlrad umfassen, sowie mehrere Schaltelemente in Form von zumindest vier Kupplungen und zumindest zwei Bremsen.
Derartige Getriebe sind beispielsweise aus der WO 2012/052284 A1 bekannt. In der WO 2012/052284 A1 ist ein Mehrstufengetriebe mit sechs Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang gezeigt, welches vier Planetenradsätze, sieben drehbare Wellen und fünf Schaltelemente umfasst, wobei das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mit der sechsten Welle verbunden ist, die über eine erste Bremse an das Gehäuse des Getriebes ankoppelbar ist, wobei der Steg des ersten Planetenradsatzes mit der fünften Welle verbunden ist, die mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden und über eine zweite Bremse an das Gehäuse ankoppelbar ist, wobei die Antriebswelle mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes verbunden und über eine Kupplung mit der mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes und dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes verbundenen siebten Welle lösbar verbindbar ist, wobei die vierte Welle mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes und dem Steg des zweiten Planetenradsatzes verbunden und über eine dritte Bremse an das Gehäuse ankoppelbar ist, wobei die Abtriebswelle mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes und dem Steg des vierten Planetenradsatzes verbunden ist und wobei das Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes mit der dritten Welle verbunden ist, die über eine vierte Bremse an das Gehäuse ankoppelbar ist.
Nachteilig dabei ist, dass bei Getrieben mit einer hohen Anzahl von Gängen der Bauaufwand erheblich zunimmt. Eine höhere Anzahl von Schaltelementen, Lagern, etc. vermindert dabei den Vorteil einer hohen Gangzahl. Sind eine hohe Anzahl offener, schleppender Kupplungen bei der Darstellung von Gängen vorhanden, führt dies zu hohen internen Getriebeverlusten.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein alternatives Getriebe für ein Kraftfahrzeug anzugeben. Eine weitere mögliche Aufgabe kann es sein ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, welches eine hohe Anzahl von Gängen und einen geringen Bauaufwand und damit niedrigere Kosten und niedrigeres Gewicht aufweist. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine gute Übersetzungsreihe durch das Getriebe, niedrige Absolut- und Relativdrehzahlen sowie niedrige Planetenradsatz- und Schaltelementmomente bei einem Getriebe zur Verfügung zu stellen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, gute Verzahnungswirkungsgrade und geringe Schleppmomente zur Verfügung zu stellen.
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgaben bei einem Getriebe, insbesondere Mehrstufengetriebe, für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Gehäuse, eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, zumindest vier Planetenradsätze, wobei die Planentenradsätze jeweils ein Sonnenrad, zumindest einen Planeten, einen Planetenträger und ein Hohlrad umfassen, sowie mehrere Schaltelemente in Form von zumindest vier Kupplungen und zumindest zwei Bremsen, dadurch, dass Sonnenräder zumindest zweier Planetenradsätze, insbesondere die Sonnenräder des ersten und zweiten Planetenradsatzes, über die erste Bremse mit dem Gehäuse verbindbar sind und dass das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes über die zweite Bremse mit dem Gehäuse verbindbar ist und dass der Steg des ersten Planetenradsatzes über die zweite Kupplung mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbindbar ist und dass das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes über die dritte Kupplung mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes verbindbar ist und dass das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes über die erste Kupplung mit dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes verbindbar ist und dass das Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes über die vierte Kupplung mit dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes verbindbar ist.
Die Erfindung löst die Aufgaben ebenfalls bei einem Kraftfahrzeug, insbesondere bei einem Personen- oder Lastkraftwagen mit einem Getriebe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
Die Erfindung löst die Aufgaben ebenfalls mit einem Verfahren zum Betreiben eines Getriebes, insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1–8, mit zwei Bremsen und vier Kupplungen, dadurch, dass ein erster Gang mittels geschlossener erster Bremse, geschlossener zweiter Bremse, geschlossener erster Kupplung, offener zweiter Kupplung, offener dritter Kupplung und geschlossener vierter Kupplung gebildet wird, und dass ein zweiter Gang mittels geschlossener erster Bremse, geschlossener zweiter Bremse, offener erster Kupplung, offener zweiter Kupplung, geschlossener dritter Kupplung und geschlossener vierter Kupplung gebildet wird, und dass ein dritter Gang mittels offener erster Bremse, geschlossener zweiter Bremse, geschlossener erster Kupplung, offener zweiter Kupplung, geschlossener dritter Kupplung und geschlossener vierter Kupplung gebildet wird, und dass ein vierter Gang mittels offener erster Bremse, geschlossener zweiter Bremse, offener erster Kupplung, geschlossener zweiter Kupplung, geschlossener dritter Kupplung und geschlossener vierter Kupplung gebildet wird und dass ein fünfter Gang mittels offener erster Bremse, geschlossener zweiter Bremse, geschlossener erster Kupplung, geschlossener zweiter Kupplung, geschlossener dritter Kupplung und offener vierter Kupplung gebildet wird und dass ein sechster Gang mittels offener erster Bremse, geschlossener zweiter Bremse, geschlossener erster Kupplung, geschlossener zweiter Kupplung, offener dritter Kupplung und geschlossener vierter Kupplung gebildet wird, und dass ein siebter Gang mittels offener erster Bremse, offener zweiter Bremse, geschlossener erster Kupplung, geschlossener zweiter Kupplung, geschlossener dritter Kupplung und geschlossener vierter Kupplung gebildet wird, und dass ein achter Gang mittels geschlossener erster Bremse, offener zweiter Bremse, geschlossener erster Kupplung, geschlossener zweiter Kupplung, offener dritter Kupplung und geschlossener vierter Kupplung gebildet wird, und dass ein neunter Gang mittels geschlossener erster Bremse, offener zweiter Bremse, geschlossener erster Kupplung, geschlossener zweiter Kupplung, geschlossener dritter Kupplung und offener vierter Kupplung gebildet wird und dass ein zehnter Gang mittels geschlossener erster Bremse, offener zweiter Bremse, offener erster Kupplung, geschlossener zweiter Kupplung, geschlossener dritter Kupplung und geschlossener vierter Kupplung gebildet wird und dass ein Rückwärtsgang mittels geschlossener erster Bremse, geschlossener zweiter Bremse, offener erster Kupplung, geschlossener zweiter Kupplung, offener dritter Kupplung und geschlossener vierter Kupplung gebildet wird.
Vorteile hierbei sind unter anderem, dass eine hohe Anzahl von Gängen, ein geringer Bauaufwand, eine gute Übersetzungsreihe sowie niedrige Absolut- und Relativdrehzahlen durch das Getriebe zur Verfügung gestellt werden. Weitere Vorteile sind unter anderem, dass niedrige Planetenradsatz- und Schaltelementmomente, gute Verzahnungswirkungsgrade und geringe Schleppmomente ermöglicht werden.
Über die Antriebswelle wird besonders bevorzugt ein Drehmoment bzw. eine Rotationsbewegung einer Antriebswelle, beispielsweise eines Verbrennungsmotors, in das Getriebe eingeleitet. In bevorzugter Weise befindet sich zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle ein Anfahrelement, wie etwa ein hydrodynamischer Drehmomentwandler oder eine Strömungskupplung.
Unter einer Welle ist nachfolgend nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile oder Elemente miteinander verbinden, insbesondere Verbindungselemente, die mehrere Elemente drehfest miteinander verbinden.
Zwei Elemente werden insbesondere als miteinander verbunden bezeichnet, wenn zwischen den Elementen eine feste, insbesondere drehfeste Verbindung, besteht. Insbesondere drehen solche verbundenen Elemente mit der gleichen Drehzahl.
Zwei Elemente werden im Weiteren als verbindbar bezeichnet, wenn zwischen diesen Elementen eine lösbare Verbindung besteht. Insbesondere drehen solche Elemente mit der gleichen Drehzahl, wenn die Verbindung besteht.
Die verschiedenen Bauteile und Elemente der genannten Erfindung können dabei über eine Welle bzw. ein Verbindungselement, aber auch direkt, beispielsweise mittels einer Schweiß-, Press- oder einer sonstigen Verbindung miteinander verbunden sein.
Unter einer Kupplung ist vorzugsweise in der Beschreibung, insbesondere in den Ansprüchen, ein Schaltelement zu verstehen, welches, je nach Betätigungszustand, eine Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen zulässt oder eine Verbindung zur Übertragung eines Drehmoments darstellt. Unter einer Relativbewegung ist beispielsweise eine Rotation zweier Bauteile zu verstehen, wobei die Drehzahl des ersten Bauteils und die Drehzahl des zweiten Bauteils voneinander abweichen. Darüber hinaus ist auch die Rotation nur eines der beiden Bauteile denkbar, während das andere Bauteil still steht oder in entgegengesetzter Richtung rotiert.
Im Folgenden ist unter einer nicht betätigten Kupplung eine geöffnete Kupplung zu verstehen. Dies bedeutet, dass eine Relativbewegung zwischen den beiden Bauteilen möglich ist. Bei betätigter bzw. geschlossener Kupplung rotieren die beiden Bauteile dementsprechend mit gleicher Drehzahl in dieselbe Richtung.
Unter einer Bremse ist vorzugsweise in der Beschreibung, insbesondere in den Ansprüchen, ein Schaltelement zu verstehen, welches auf einer Seite mit einem feststehenden Element, beispielsweise einem Gehäuse, und auf einer anderen Seite mit einem rotierbaren Element verbunden ist.
Im Folgenden ist unter einer nicht betätigten Bremse eine geöffnete Bremse zu verstehen. Dies bedeutet, dass das rotierende Bauteil frei rotierbar ist, d. h., die Bremse bevorzugt keinen Einfluss auf die Drehzahl des rotierenden Bauteils nimmt. Bei betätigter bzw. geschlossener Bremse erfolgt eine Reduzierung der Drehzahl des rotierbaren Bauteils bis hin zum Stillstand, d. h., dass eine feste Verbindung zwischen rotierbarem Element und feststehendem Element herstellbar ist. Element und Bauteil sind in diesem Zusammenhang gleichzusetzen.
Grundsätzlich ist auch eine Verwendung von Schaltelementen möglich, die im nicht betätigten Zustand geschlossen und im betätigten Zustand geöffnet sind. Dementsprechend sind die Zuordnungen zwischen Funktion und Schaltzustand der oben beschriebenen Schaltzustände in umgekehrter Weise zu verstehen. Bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen anhand der Figuren, wird zunächst eine Anordnung zugrundegelegt, in der ein betätigtes Schaltelement geschlossen und ein nicht betätigtes Schaltelement geöffnet ist.
Ein Planetenradsatz umfasst ein Sonnenrad, einen Planetenträger respektive Steg und ein Hohlrad. An dem Planetenträger respektive Steg drehbar gelagert sind Planetenräder oder Planeten, welche mit der Verzahnung des Sonnenrades und/oder der Verzahnung des Hohlrades kämmen.
Nachfolgend beschreibt ein Minus-Planetenradsatz einen Planetenradsatz mit einem Planetenträger, an dem die Planetenräder drehbar gelagert sind, mit einem Sonnenrad und mit einem Hohlrad, wobei die Verzahnung zumindest eines der Planetenräder sowohl mit der Verzahnung des Sonnenrades als auch mit der Verzahnung des Hohlrades kämmt, wodurch das Hohlrad und das Sonnenrad in entgegengesetzte Drehrichtungen rotieren, wenn das Sonnenrad bei feststehendem Planetenträger rotiert.
Ein Plus-Planetenradsatz unterscheidet sich zu dem gerade beschriebenen Minus-Planetenradsatz dahingehend, dass der Plus-Planetenradsatz innere und äußere Planetenräder aufweist, welche drehbar an den Planetenträger gelagert sind. Die Verzahnung der inneren Planetenräder kämmt dabei einerseits mit der Verzahnung des Sonnenrades und andererseits mit der Verzahnung der äußeren Planetenräder. Die Verzahnung der äußeren Planetenräder kämmt darüber hinaus mit der Verzahnung des Hohlrades. Dies hat zur Folge, dass bei feststehendem Planetenträger das Hohlrad und das Sonnenrad in die gleiche Drehrichtung rotieren.
Durch die Verwendung von Planetenradsätzen können besonders kompakte Getriebe realisiert werden, wodurch eine große Freiheit bei der Anordnung des Getriebes in dem Fahrzeug erreicht wird.
Unter den Elementen eines Planetenradsatzes werden insbesondere das Sonnenrad, das Hohlrad, der Planetenträger respektive Steg und die Planetenräder respektive die Planeten des Planetenradsatzes verstanden.
Besonders bevorzugt sind die Schaltelemente selektiv, also einzeln und bedarfsgerecht betätigbar, wodurch unterschiedliche Gänge durch unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle realisierbar sind. Je höher die Anzahl der Gänge, desto feiner kann eine Gangabstufung bei einer großen Getriebespreizung realisiert werden und somit kann beispielsweise ein Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs in einem optimalen Drehzahlbereich und damit möglichst wirtschaftlich betrieben werden. Gleichzeitig trägt dies zu einer Erhöhung des Fahrkomforts bei, da der Verbrennungsmotor bevorzugt auf einem niedrigen Drehzahlniveau betreibbar ist. So werden beispielsweise auch Lärmemissionen reduziert, welche durch den Betrieb des Verbrennungsmotors entstehen.
Unter dem Begriff „Front-Quer-Anordnung“ ist eine Anordnung zu verstehen, bei der die Antriebswelle, beispielsweise ein Verbrennungsmotor, quer zu einer Fahrtrichtung in einem Kraftfahrzeug verbaut ist und bevorzugt die Räder einer vorderen Achse durch die Antriebswelle bzw. das Getriebe antreibbar sind. Weiterhin können die Schaltelemente derart ausgebildet sein, dass für eine Änderung eines Schaltzustandes der Schaltelemente Energie, nicht jedoch für das Beibehalten des Schaltzustandes selbst benötigt wird.
Hierzu eignen sich in besonderer Weise bedarfsgerecht betätigbare Schaltelemente, wie beispielsweise elektromechanische Schaltelemente oder elektromagnetische Schaltelemente. Sie zeichnen sich, insbesondere im Vergleich zu konventionell hydraulisch betätigbaren Schaltelementen, durch einen besonders geringen und effizienten Energiebedarf aus, da sie nahezu verlustfrei betreibbar sind. Darüber hinaus kann in vorteilhafter Weise darauf verzichtet werden, permanent einen Steuerdruck für die Betätigung der beispielsweise konventionell hydraulischen Schaltelemente vorzuhalten, bzw. das jeweilige Schaltelement in geschaltetem Zustand permanent mit dem erforderlichen Hydraulikdruck zu beaufschlagen. Hierdurch können beispielsweise weitere Bauteile wie eine Hydraulikpumpe entfallen, soweit diese ausschließlich der Ansteuerung und Versorgung der konventionell hydraulisch betätigbaren Schaltelemente dienen. Erfolgt die Versorgung weiterer Bauteile mit Schmiermitteln nicht über eine separate Schmiermittelpumpe, sondern über die gleiche Hydraulikpumpe, so kann diese zumindest kleiner dimensioniert werden. Auch eventuell auftretende Undichtigkeiten an Ölübergabestellen des Hydraulikkreislaufs, insbesondere bei rotierenden Bauteilen, entfallen. Dies trägt besonders bevorzugt ebenfalls zu einer Effizienzsteigerung des Getriebes in Form eines höheren Wirkungsgrades bei.
Bei der Verwendung von bedarfsgerecht betätigbaren Schaltelementen der oben genannten Art ist es besonders vorteilhaft, wenn diese von außen gut zugänglich sind.
Dies hat unter anderem den Vorteil, dass die benötigte Schaltenergie den Schaltelementen gut zugeführt werden kann. Daher sind Schaltelemente besonders gut bevorzugt so angeordnet, dass sie von außen gut zugänglich sind. Von außen gut zugänglich bedeutet im Sinne der Schaltelemente, das zwischen dem gehäuse des Getriebes und dem Schaltelement keine weiteren Bauteile angeordnet sind, bzw. dass die Schaltelemente besonders bevorzugt an der Antriebswelle oder an der Abtriebswelle angeordnet sind.
Unter dem Begriff „Bindbarkeit“ ist vorzugsweise in der Beschreibung, insbesondere in den Ansprüchen zu verstehen, dass bei unterschiedlicher geometrischer Lage die gleiche Anbindung bzw. Bindung von Schnittstellen gewährleistet ist, ohne dass sich einzelne Verbindungselemente oder Wellen kreuzen.
Unter dem Begriff „Standübersetzung“ ist diejenige Übersetzung zu verstehen, die durch das Übersetzungsverhältnis zwischen Sonnenrad und Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes realisiert ist, wenn der Planetenträger respektive Steg feststeht.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Vorteilhafterweise sind die Planetenradsätze, insbesondere geometrisch, hintereinander im Getriebe angeordnet. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung sowie einfachere Zugänglichkeit der Planetenradsätze im Falle einer Wartung.
Zweckmäßigerweise sind alle Planetenradsätze Minus-Planetenradsätze. Auf diese Weise kann das Hohlrad und das Sonnenrad in jeweils entgegengesetzte Drehrichtungen des entsprechenden Planetenradsatzes rotieren, wenn das Sonnenrad bei feststehendem Planetenträger rotiert.
Vorteilhafterweise ist der Betrag der Standübersetzungen des ersten und zweiten Planetenradsatzes kleiner oder gleich 2,0, insbesondere zwischen 1,5 und 1,85 und der Betrag der Standübersetzungen des zweiten und vierten Planetenradsatzes ist größer oder gleich 3,6, insbesondere zwischen 3,6 und 3,8. Damit wird eine gute Übersetzungsreihe zur Verfügung gestellt.
Zweckmäßigerweise ist der Steg des zweiten Planetenradsatzes mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes verbunden. Damit wird eine einfache Kopplung des zweiten und dritten Planetenradsatzes zur Verfügung gestellt.
Zweckmäßigerweise ist die Abtriebswelle mit dem Steg des vierten Planetenradsatzes verbunden. Auf diese Weise kann zuverlässig Kraft und Drehmoment von dem vierten Planetenradsatz auf die Abtriebswelle übertragen werden.
Vorteilhafterweise ist die Antriebswelle mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes verbunden und über die erste Kupplung mit dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes verbindbar. Auf diese Weise fungiert der dritte Planetenradsatz als erster Planetenradsatz auf den von der Antriebswelle Kraft und Drehmoment übertragen wird. Darüber hinaus wird von der Antriebswelle, da diese insbesondere nicht mit weiteren Planetenradsätzen zusammenwirkt, das Drehmoment der Antriebswelle vollständig auf den dritten Planetenradsatz übertragen.
Zweckmäßigerweise ist der Steg des ersten Planetengetriebes mit dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes verbunden. Auf diese Weise können – wenn vier Planetenradsätze im Getriebe angeordnet sind – der jeweils erste und letzte Planetenradsatz auf besonders einfache Weise miteinander gekoppelt werden und Kraft und Drehmoment zwischen den beiden übertragen werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen, und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.
Dabei zeigen jeweils in schematischer Form
1 ein Getriebe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
2 eine Schaltmatrix für ein Getriebe gemäß der 1.
1 zeigt ein Getriebe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 ein Mehrstufengetriebe. Das Mehrstufengetriebe 1 weist sechs Schaltelemente in Form von vier Kupplungen K1, K2, K3, K4 sowie zwei Bremsen B1, B2 auf. Mittels der vier Kupplungen K1, K2, K3, K4 kann die Antriebsseite mit der Abtriebsseite des Getriebes 1 zur Übertragung von Kraft und Drehmomenten über Wellen, Schaltelemente und/oder Planetenradsätze gekoppelt bzw. verbunden werden.
Im Folgenden wird nun zunächst der allgemeine Aufbau des ersten Planetenradsatzes GP1, des zweiten Planetenradsatzes GP2, des dritten Planetenradsatzes GP3 sowie des vierten Planetenradsatzes GP4 beschrieben. Die vorstehend genannten Planetenradsätze GP1, GP2, GP3 und GP4 sind in üblicher Weise aufgebaut und weisen jeweils ein zentrales Sonnenrad 101, 102, 103, 104 auf, welches mit zumindest einem Planeten 111, 112, 113, 114 zur Übertragung von Kraft und Drehmomenten zusammenwirkt. Der Planet 111, 112, 113, 114 ist an einem Steg/Planetenträger 121, 122, 123, 124 drehbar gelagert. Auf der radialen Außenseite des Planeten 111, 112, 113, 114 ist ein Hohlrad 131, 132, 133, 134 angeordnet, in der der jeweilige Planet 111, 112, 113, 114 zur Übertragung von Kraft und Drehmomenten eingreift. Der Steg respektive Planetenträger 121, 122, 123, 124 ist weiterhin jeweils mit einer Welle verbunden. Die einzelnen Bezugszeichen für Sonnenrad, Planet, Planetenträger/Steg und Hohlrad sind in 1 zu sehen. Der Übersichtlichkeit wegen sind die Bezugszeichen hierfür in den weiteren Figuren weggelassen worden.
In 1 ist die Antriebswelle ANW mit dem Hohlrad 133 des dritten Planetenradsatzes GP3 verbunden und über die erste Kupplung K1 mit dem Sonnenrand 104 des vierten Planetenradsatzes GP4 verbindbar. Die Abtriebswelle AW ist mit dem Steg 124 des vierten Planetenradsatzes GP4 verbunden. Das Sonnenrad 101 des ersten Planetenradsatzes GP1 und das Sonnenrad 102 des zweiten Planetenradsatzes GP2 sind gemeinsam über die erste Bremse B1 mit dem Gehäuse G koppelbar. Der Steg 121 des ersten Planetenradsatzes GP1 ist mit dem Hohlrad 134 des vierten Planetenradsatzes GP4 verbunden und mittels der zweiten Kupplung K2 mit dem Hohlrad 132 des zweiten Planetenradsatzes GP2 verbindbar. Das Hohlrad 131 des ersten Planetenradsatzes GP1 ist mittels der zweiten Bremse B2 mit dem Gehäuse G koppelbar. Der Steg 122 des zweiten Planetenradsatzes GP2 ist mit dem Steg 123 des dritten Planetenradsatzes GP3 verbunden. Das Hohlrad 132 des zweiten Planetenradsatzes GP2 ist mittels der dritten Kupplung K3 mit dem Sonnenrad 103 des dritten Planetenradsatzes GP3 und mittels der dritten Kupplung K3 und der vierten Kupplung K4 mit dem Sonnenrad 104 des vierten Planetenradsatzes GP4 verbindbar. Das Sonnenrad 103 des dritten Planetenradsatzes GP3 ist mittels der vierten Kupplung K4 mit dem Sonnenrad 104 des vierten Planetenradsatzes GP4 verbindbar. Der Steg 123 des dritten Planetenradsatzes GP3 ist mittels der ersten Kupplung K1 mit dem Sonnenrad 104 des vierten Planetenradsatzes GP4 verbindbar.
2 zeigt eine Schaltmatrix für ein Getriebe gemäß 1.
In 2 ist eine Schaltmatrix für ein Getriebe 1 gemäß 1 dargestellt. Senkrecht nach unten sind zunächst die zehn Vorwärtsgangstufen V1 bis V10 dargestellt sowie eine Rückwärtsgangstufe, bezeichnet mit R. Waagerecht sind die jeweiligen Schaltelemente dargestellt, wobei zunächst die beiden Bremsen B1, B2 und anschließend die vier Kupplungen K1, K2, K3 und K4 dargestellt sind. Weiterhin ist das jeweilige Übersetzungsverhältnis i sowie der entsprechende Gangsprung φ zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gängen/Gangstufen dargestellt. Insoweit ist jeweils der Gangsprung in der Schaltmatrix zwischen zwei benachbarten Gängen/Gangstufen dargestellt. Die in der Schaltmatrix freigelassenen Einträge, also beispielsweise bei der Vorwärtsgangstufe V1 bei der zweiten Kupplung K2 und der dritten Kupplung K3 zeigen an, dass das entsprechende Schaltelement bzw. die Bremsen bzw. die Kupplung geöffnet ist, d. h., dass das Schaltelement hierbei keine Kräfte bzw. kein Drehmoment von den an das Schaltelement angeschlossenen oder mit diesem verbundenen jeweiligen Wellen oder Elementen des Getriebes überträgt. Ein mit einem Kreuz versehener Eintrag in der Schaltmatrix bezeichnet ein entsprechend betätigtes bzw. geschlossenes Schaltelement, also in der Schaltmatrix beispielsweise bei der Vorwärtsgangstufe V1 bei der ersten Bremse B1, der zweiten Bremse B2 sowie der ersten Kupplung K1 und der vierten Kupplung K4.
Um den ersten Vorwärtsgang mittels des Getriebes 1 gemäß 1 darzustellen, sind die Bremsen B1, B2 sowie die Kupplungen K1 und K4 geschlossen. Das Übersetzungsverhältnis i beträgt 4,800. Um den zweiten Vorwärtsgang V2 darzustellen, sind die Bremsen B1, B2 sowie die Kupplungen K3 und K4 geschlossen. Das Übersetzungsverhältnis i beträgt 3,061.
Um den dritten Vorwärtsgang V3 darzustellen, sind die Bremse B2 sowie die Kupplungen K1, K3 und K4 geschlossen. Das Übersetzungsverhältnis i beträgt 2,057. Um den vierten Vorwärtsgang V4 darzustellen, sind die Bremse B2 sowie die Kupplungen K2, K3 und K4 geschlossen. Das Übersetzungsverhältnis i beträgt 1,670.
Um den fünften Vorwärtsgang V5 darzustellen, sind die Bremse B2 sowie die Kupplungen K1, K2 und K3 geschlossen. Das Übersetzungsverhältnis i beträgt 1,466. Um den sechsten Vorwärtsgang V6 darzustellen, sind die Bremse B2 sowie die Kupplungen K1, K2 und K4 geschlossen und das Übersetzungsverhältnis i beträgt 1,294.
Um den siebten Vorwärtsgang V7 darzustellen, sind die Kupplungen K1, K2, K3 und K4 geschlossen. Das Übersetzungsverhältnis i beträgt 1,000. Um den achten Vorwärtsgang V8 darzustellen, sind die Bremse B1 sowie die Kupplungen K1, K2, und K4 geschlossen. Das Übersetzungsverhältnis i beträgt 0,820.
Um den neunten Vorwärtsgang V9 darzustellen, sind die Bremse B1 sowie die Kupplungen K1, K2 und K3 geschlossen. Das Übersetzungsverhältnis i beträgt 0,689. Um den zehnten Vorwärtsgang V10 darzustellen, sind die Bremse B1 sowie die Kupplungen K2, K3 und K4 geschlossen. Das Übersetzungsverhältnis i beträgt 0,637.
Um den Rückwärtsgang R darzustellen, sind die beiden Bremsen B1, B2 und die Kupplungen K2 und K4 geschlossen. Das Übersetzungsverhältnis i beträgt –3,200.
Der Gangsprung φ zwischen dem ersten Vorwärtsgang V1 und dem zweiten Vorwärtsgang V2 beträgt 1,568 und zwischen dem zweiten Vorwärtsgang V2 und dem dritten Vorwärtsgang V3 1,488. Der Gangsprung φ zwischen dem dritten Vorwärtsgang V3 und dem vierten Vorwärtsgang V4 beträgt 1,232 und zwischen dem vierten Vorwärtsgang V4 und dem fünften Vorwärtsgang V5 1,139. Der Gangsprung φ zwischen dem fünften Vorwärtsgang V5 und dem sechsten Vorwärtsgang V6 beträgt 1,133 und zwischen dem sechsten Vorwärtsgang V6 und dem siebten Vorwärtsgang V7 1,294. Der Gangsprung φ zwischen dem siebten Vorwärtsgang V7 und dem achten Vorwärtsgang V8 beträgt 1,220 und zwischen dem achten Vorwärtsgang V8 und dem neunten Vorwärtsgang V9 1,190. Der Gangsprung φ zwischen dem neunten Vorwärtsgang V9 und dem zehnten Vorwärtsgang V10 beträgt 1,082. Der gesamte Gangsprung beträgt 7,535.
Der ersten Planetenradsatz GP1 weist dabei eine Standübersetzung von i₀ = –1,850, der zweiten Planetenradsatz GP2 eine Standübersetzung von i₀ = –3,600, der dritte Planetenradsatz GP3 eine Standübersetzung i₀ = –1,500 sowie der vierte Planetenradsatz GP4 eine Standübersetzung von i₀ = –3,800 auf.
Insgesamt umfasst das Getriebe 1 gemäß den 1 und 2 vier Planetenradsätze GP1, GP2, GP3, GP4 und sechs Schaltelemente B1, B2, K1, K2, K3, K4, wobei die Schaltelemente in Form von zumindest vier Kupplungen K1 bis K4 und zumindest zwei Bremsen B1, B2 ausgebildet sind. Pro Gang sind zwei Schaltelemente offen. Es ist keine feste Gehäusekopplung vorhanden. Mittels des Getriebes 1 gemäß der 1 und 2 sind mindestens zehn Vorwärtsgänge und mindestens ein Rückwärtsgang darstellbar.
Als Anfahrelement für das Getriebe 1 können ein hydrodynamischer Drehmomentwandler, eine hydrodynamische Kupplung, eine zusätzliche Anfahrkupplung, eine integrierte Anfahrkupplung oder -bremse und/oder eine zusätzliche elektrische Maschine angeordnet werden. Auf jeder der Wellen kann eine elektrische Maschine oder sonstige Kraft-/Leistungsquelle angeordnet werden. Darüber hinaus kann auf jeder Welle ein Freilauf zum Gehäuse G oder zu einer anderen Welle angeordnet werden. Das Getriebe 1 kann bevorzugt in Standardantriebsbauweise oder auch in Front-/Querbauweise in ein Kraftfahrzeug eingebaut werden. Als Schaltelemente sind reib- und/oder formschlüssige Schaltelemente möglich. Insbesondere die zweite Bremse B2 kann als formschlüssiges, insbesondere als Klauenschaltelement ausgeführt werden, was zu deutlichen Verbrauchsvorteilen eines mit dem Getriebe versehenen Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor führt.
Zusammenfassend bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil, dass ein geringer Bauaufwand für das Getriebe erforderlich ist, was in niedrigeren Herstellungskosten und niedrigerem Gewicht des Getriebes resultiert. Weiter bietet das Getriebe eine gute Übersetzungsreihe, niedrige Absolut- und Relativdrehzahlen sowie niedrige Planetensatz- und Schaltelementmomente. Darüber hinaus bietet die vorliegende Erfindung gute Verzahnungswirkungsgrade, eine hohe Anzahl von Gängen sowie geringe Schleppmomente.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
So kann beispielsweise die geometrische Lage/Reihenfolge der einzelnen Planetenradsätze und der einzelnen Schaltelemente unter Berücksichtigung der Bindbarkeit der jeweiligen Getriebeelemente untereinander frei gewählt werden. Einzelne Getriebeelemente können so beliebig in ihrer Lage innerhalb des Getriebes verschoben werden.
Weiterhin ist es möglich, unter Berücksichtigung der Bindbarkeit, einzelne oder mehrere als Minus-Planetenradsatz ausgebildete Planetenradsätze in Plus-Planetenradsätze umzuwandeln bei gleichzeitiger Vertauschung von Steg- und Hohlradanbindung und einer Erhöhung der Standübersetzung um 1.
Bezugszeichenliste

1: Getriebe
GP1, GP2, GP3, GP4: Planetenradsatz
101, 102, 103, 104: Sonnenrad
111,112, 113, 114: Planetenrad
121, 122, 123, 134: Steg
131, 132, 133, 134: Hohlrad
ANW: Antriebswelle
AW: Abtriebswelle
B1, B2: Bremse
K1, K2, K3, K4: Kupplung
G: Gehäuse
V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8, V9, V10: Vorwärtsgang
R: Rückwärtsgang
i: Übersetzung/ratio
φ: Gangsprung/step

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2012/052284 A1 [0002, 0002]

Claims

Getriebe (1), insbesondere Mehrstufengetriebe, für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Gehäuse (G), eine Antriebswelle (ANW), eine Abtriebswelle (AW), zumindest vier Planetenradsätze (GP1, GP2, GP3, GP4), wobei die Planentenradsätze (GP1, GP2, GP3, GP4) jeweils ein Sonnenrad (101, 102, 103, 104), zumindest einen Planeten (111, 112, 113, 114), einen Planetenträger (121, 122, 123, 124) und ein Hohlrad (131, 132, 133, 134) umfassen, sowie mehrere Schaltelemente (K1, K2, K3, K4, B1, B2) in Form von zumindest vier Kupplungen (K1, K2, K3, K4) und zumindest zwei Bremsen (B1, B2), dadurch gekennzeichnet, dass Sonnenräder (101, 102) zumindest zweier Planetenradsätze (GP1, GP2), insbesondere die Sonnenräder (101, 102) des ersten und zweiten Planetenradsatzes (GP1, GP2), über die erste Bremse (B1) mit dem Gehäuse (G) verbindbar sind und dass das Hohlrad (131) des ersten Planetenradsatzes (GP1) über die zweite Bremse (B2) mit dem Gehäuse (G) verbindbar ist und dass der Steg (121) des ersten Planetenradsatzes (GP1) über die zweite Kupplung (K2) mit dem Hohlrad (132) des zweiten Planetenradsatzes (GP2) verbindbar ist und dass das Hohlrad (132) des zweiten Planetenradsatzes (GP2) über die dritte Kupplung (K3) mit dem Sonnenrad (103) des dritten Planetenradsatzes (GP3) verbindbar ist und dass das Hohlrad (133) des dritten Planetenradsatzes (GP3) über die erste Kupplung (K1) mit dem Sonnenrad (104) des vierten Planetenradsatzes (GP4) verbindbar ist und dass das Sonnenrad (103) des dritten Planetenradsatzes (GP3) über die vierte Kupplung (K4) mit dem Sonnenrad (104) des vierten Planetenradsatzes (GP4) verbindbar ist.
Getriebe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenradsätze (GP1, GP2, GP3, GP4), axial betrachtet in der Reihenfolge erster Planetensatz (GP1), zweiter PS (GP2), dritter PS (GP3), vierter PS (GP4) angeordnet sind.
Getriebe gemäß einem der Ansprüche 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass alle Planetenradsätze (GP1, GP2, GP3, GP4) Minus-Planetenradsätze sind.
Getriebe gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der Standübersetzungen des ersten und dritten Planetenradsatzes (GP1, GP3) kleiner oder gleich 2,0, insbesondere zwischen 1,5 und 1,85, ist und der Betrag der Standübersetzungen des zweiten und vierten Planetenradsatzes (GP2, GP4) größer oder gleich als 3,6, insbesondere zwischen 3,6 und 3,8, ist.
Getriebe gemäß einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (122) des zweiten Planetenradsatzes (GP2) mit dem Steg (123) des dritten Planetenradsatzes (GP3) verbunden ist.
Getriebe gemäß einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (AW) mit dem Steg (124) des vierten Planetenradsatzes (GP4) verbunden ist.
Getriebe gemäß einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (ANW) mit dem Hohlrad (133) des dritten Planetenradsatzes (GP3) verbunden ist und über die erste Kupplung (K1) mit dem Sonnenrad (104) des vierten Planetenradsatzes (GP4) verbindbar ist.
Getriebe gemäß einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (121) des ersten Planetenradsatzes (GP1) mit dem Hohlrad (134) des vierten Planetenradsatzes (GP4) verbunden ist.
Verfahren zum Betreiben eines Getriebes (1), insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1–8, mit zwei Bremsen (B1, B2) und vier Kupplungen (K1, K2, K3, K4), dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Gang (V1) mittels geschlossener erster Bremse (B1), geschlossener zweiter Bremse (B2), geschlossener erster Kupplung (K1), offener zweiter Kupplung (K2), offener dritter Kupplung (K3) und geschlossener vierter Kupplung (K4) gebildet wird, und dass ein zweiter Gang (V2) mittels geschlossener erster Bremse (B1), geschlossener zweiter Bremse (B2), offener erster Kupplung (K1), offener zweiter Kupplung (K2), geschlossener dritter Kupplung (K3) und geschlossener vierter Kupplung (K4) gebildet wird, und dass ein dritter Gang (V3) mittels offener erster Bremse (B1), geschlossener zweiter Bremse (B2), geschlossener erster Kupplung (K1), offener zweiter Kupplung (K2), geschlossener dritter Kupplung (K3) und geschlossener vierter Kupplung (K4) gebildet wird, und dass ein vierter Gang (V4) mittels offener erster Bremse (B1), geschlossener zweiter Bremse (B2), offener erster Kupplung (K1), geschlossener zweiter Kupplung (K2), geschlossener dritter Kupplung (K3) und geschlossener vierter Kupplung (K4) gebildet wird und dass ein fünfter Gang (V5) mittels offener erster Bremse (B1), geschlossener zweiter Bremse (B2), geschlossener erster Kupplung (K1), geschlossener zweiter Kupplung (K2), geschlossener dritter Kupplung (K3) und offener vierter Kupplung (K4) gebildet wird und dass ein sechster Gang (V6) mittels offener erster Bremse (B1), geschlossener zweiter Bremse (B2), geschlossener erster Kupplung (K1), geschlossener zweiter Kupplung (K2), offener dritter Kupplung (K3) und geschlossener vierter Kupplung (K4) gebildet wird, und dass ein siebter Gang (V7) mittels offener erster Bremse (B1), offener zweiter Bremse (B2), geschlossener erster Kupplung (K1), geschlossener zweiter Kupplung (K2), geschlossener dritter Kupplung (K3) und geschlossener vierter Kupplung (K4) gebildet wird, und dass ein achter Gang (V8) mittels geschlossener erster Bremse (B1), offener zweiter Bremse (B2), geschlossener erster Kupplung (K1), geschlossener zweiter Kupplung (K2), offener dritter Kupplung (K3) und geschlossener vierter Kupplung (K4) gebildet wird, und dass ein neunter Gang (V9) mittels geschlossener erster Bremse (B1), offener zweiter Bremse (B2), geschlossener erster Kupplung (K1), geschlossener zweiter Kupplung (K2), geschlossener dritter Kupplung (K3) und offener vierter Kupplung (K4) gebildet wird und dass ein zehnter Gang (V10) mittels geschlossener erster Bremse (B1), offener zweiter Bremse (B2), offener erster Kupplung (K1), geschlossener zweiter Kupplung (K2), geschlossener dritter Kupplung (K3) und geschlossener vierter Kupplung (K4) gebildet wird und dass ein Rückwärtsgang (R) mittels geschlossener erster Bremse (B1), geschlossener zweiter Bremse (B2), offener erster Kupplung (K1), geschlossener zweiter Kupplung (K2), offener dritter Kupplung (K3) und geschlossener vierter Kupplung (K4) gebildet wird.
Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personen- oder ein Lastkraftwagen, mit einem Getriebe (1) gemäß einem der Ansprüche 1–8.
Getriebe gemäß Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bremse (B2) als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt ist.
Getriebe gemäß Anspruch 1 bis 8 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer beliebigen Welle eine elektrische Maschine oder sonstige Kraft-/Leistungswelle angeordnet ist.