DE19912480A1

DE19912480A1 - Automatisch schaltbares Kraftfahrzeuggetriebe

Info

Publication number: DE19912480A1
Application number: DE19912480A
Authority: DE
Inventors: Buelent Korkmaz; Hans-Joerg Domian; Walter Kuhn; Bernhard Drerup; Gerhard Gumpoltsberger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1999-03-22
Filing date: 1999-03-22
Publication date: 2000-09-28
Anticipated expiration: 2019-03-23
Also published as: EP1163460A1; DE19912480B4; DE50000290D1; WO2000057082A1; USRE39960E1; ES2179025T3; US6572507B1; EP1163460B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein automatisch schaltbares Kraftfahrzeuggetriebe (1) mit drei Einsteg-Planetensätzen (2, 3, 4) sowie drei Bremsen (5, 6, 7) und zwei Kupplungen (8, 9) zum Schalten von sechs Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang mit einer Antriebswelle (10) und einer Abtriebswelle (11). Dabei ist die Antriebswelle (10) mit dem Sonnenrad (16) des zweiten Planetensatzes (3) ständig verbunden und die Antriebswelle (10) ist über die erste Kupplung (8) mit dem Sonnenrad (12) des ersten Planetensatzes (2) und/oder über die zweite Kupplung (9) mit dem Steg (15) des ersten Planetensatzes (2) verbindbar. Ferner ist das Sonnenrad (12) des ersten Planetensatzes (2) über die erste Bremse (5) und/oder der Steg (15) des ersten Planetensatzes (2) über die zweite Bremse (6) und/oder das Sonnenrad (20) des dritten Planetensatzes (4) über die dritte Bremse (7) mit dem Gehäuse des Getriebes (1) verbindbar.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein automatisch schaltbares Kraftfahrzeuggetriebe mit drei Einsteg-Plane tensätzen sowie drei Bremsen und zwei Kupplungen zum Schal ten von sechs Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang sowie mit einer Antriebs- und einer Abtriebswelle.

Ein derartiges Planetengetriebe ist beispielsweise aus der US 4,070, 927 bekannt, wobei die Anzahl der zur Verfü gung stehenden Vorwärtsgänge jeweils um eins größer ist als die Anzahl der Reibelemente. Jeder Gangwechsel zwischen den Vorwärtsgängen wird dadurch erreicht, daß jeweils eines der Reibelemente zu- bzw. abgeschaltet wird.

Automatisch schaltbare Fahrzeuggetriebe in Planeten bauweise im allgemeinen sind im Stand der Technik bereits vielfach beschrieben und unterliegen einer permanenten Wei terentwicklung und Verbesserung. So sollen diese Getriebe eine ausreichende Anzahl von Vorwärtsgängen sowie einen Rückwärtsgang und eine für Kraftfahrzeuge sehr gut geeigne te Übersetzung mit einer hohen Gesamtspreizung sowie gün stigen Stufensprüngen aufweisen. Ferner sollen diese eine hohe Anfahrübersetzung in Vorwärtsrichtung ermöglichen und einen direkten Gang enthalten sowie für den Einsatz sowohl in Pkw als auch Nkw geeignet sein. Außerdem sollen diese Getriebe einen geringen Bauaufwand, insbesondere eine ge ringe Anzahl an Schaltelementen erfordern und bei sequenti eller Schaltweise Doppelschaltungen vermeiden, so daß bei Schaltungen in definierten Ganggruppen jeweils nur ein Schaltelement gewechselt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein neuar tiges und verbessertes Getriebe anzugeben, welches bekannte Nachteile vermeidet, die oben genannten Anforderungen er füllt und eine beliebige Ausbildung und Anordnung eines Anfahrelements sowie des Antriebs und des Abtriebs ermög licht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein automa tisch schaltbares Kraftfahrzeuggetriebe der eingangs genan naten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Das automatisch schaltbare Kraftfahrzeuggetriebe mit drei Einsteg-Planetensätzen sowie drei Bremsen und zwei Kupplungen zum Schalten von sechs Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang ist derart ausgebildet, daß die Antriebswelle direkt mit dem Sonnenrad des zweiten Planetensatzes verbun den ist und daß die Antriebswelle über die erste Kupplung mit dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes und/oder über die zweite Kupplung mit dem Steg des ersten Planetensatzes verbindbar ist. Zusätzlich oder alternativ ist das Sonnen rad des ersten Planetensatzes über die erste Bremse mit dem Gehäuse des Getriebes und/oder der Steg des ersten Plane tensatzes über die zweite Bremse mit dem Gehäuse und/oder das Sonnenrad des dritten Planetensatzes über die dritte Bremse mit dem Gehäuse verbindbar.

Damit ist ein automatisch schaltbares Fahrzeuggetriebe mit sechs Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang angegeben, welches vorteilhafterweise für Kraftfahrzeuge sehr gut ge eignete Übersetzungen mit einer hohen Gesamtspreizung und günstigen Stufensprüngen sowie einer hohen Anfahrüberset zung in Vorwärtsrichtung aufweist. Ferner ist der fünfte Gang ein direkter Gang. Ein derartiges Getriebe ist sowohl für Pkw als auch für Nkw geeignet und zeichnet sich durch einen geringen Bauaufwand, d. h. zwei Kupplungen und drei Bremsen, aus, wobei bei sequentieller Schaltweise Doppel schaltungen vermieden werden und somit bei jeder beliebigen Schaltung innerhalb einer Gruppe von Gängen jeweils nur zwei Schaltelemente gewechselt werden.

Das erfindungsgemäße Getriebe ist vorteilhafterweise in zwei Versionen ausführbar, wobei sich diese durch unter schiedliche Verbindungen der einzelnen Planetensätze mit einander unterscheiden. In der ersten Version ist vorgese hen, daß die Abtriebswelle mit dem Steg des dritten Plane tensatzes und mit dem Hohlrad des ersten Planetensatzes und daß der Steg des ersten Planetensatzes mit dem Hohlrad des zweiten Planetensatzes und der Steg des zweiten Planeten satzes mit dem Hohlrad des dritten Planetensatzes ständig verbunden ist.

Die Antriebs- und die Abtriebswelle können dabei so wohl koaxial zueinander auf gegenüberliegenden Seiten als auch beide auf derselben Seite des Getriebegehäuses ange ordnet sein. Ferner ist auch die Anordnung des Abtriebs zwischen den Planetensätzen und den Kupplungen möglich.

In einer Weiterbildung gemäß zweiter Version ist die Abtriebswelle mit dem Steg des zweiten Planetensatzes und mit dem Hohlrad des ersten Planetensatzes und der Steg des ersten Planetensatzes ist mit dem Hohlrad des dritten Pla netensatzes und das Hohlrad des zweiten Planetensatzes mit dem Steg des dritten Planetensatzes ständig in Verbindung. Eine derartige Ausbildung ist besonders für eine koaxiale Anordnung von An- und Abtriebswellen geeignet.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschla gen, daß die erste Kupplung in dem dritten und fünften Gang sowie in dem Rückwärtsgang betätigt wird und daß die zweite Kupplung im vierten, fünften und sechsten Gang betätigt wird.

Die erste Bremse wird in dem zweiten und sechsten Gang, die zweite Bremse im ersten und in dem Rückwärtsgang und die dritte Bremse in dem ersten, zweiten, dritten sowie vierten Gang betätigt. Damit wird vorteilhafterweise er reicht, daß jeweils nur ein Schaltelement bei jeder belie bigen Schaltung zwischen dem ersten und vierten Gang, zwi schen dem dritten und fünften Gang und zwischen dem vierten und sechsten Gang gewechselt wird. Somit werden bei sequen tieller Schaltweise Doppelschaltungen vorteilhafterweise vermieden.

Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmög lichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in den Zeichnun gen näher dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfin dung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprü chen und deren Rückbeziehung.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Getriebe mit koaxialem An- und Abtrieb nach einer ersten Version in schematischer Darstellung;

Fig. 2 ein Getriebe mit koaxialem An- und Abtrieb nach einer zweiten Version in schematischer Darstellung;

Fig. 3 ein Getriebe nach erster Version mit Antrieb auf der Abtriebsseite in schematischer Dar stellung;

Fig. 4 ein Getriebe nach erster Version mit Abtrieb zwischen den Planetensätzen und den Kupplun gen in schematischer Darstellung;

Fig. 5 ein Getriebe nach erster Version mit Drehmo mentwandler für eine Standard-Getriebean ordnung in schematischer Darstellung;

Fig. 6 ein Getriebe nach erster Version, jedoch in spiegelbildlicher Anordnung mit integrierter Anfahrbremse für eine Front-Quer-Anordnung im Pkw in schematischer Darstellung;

Fig. 7 bis 9 beispielhafte Übersetzungsreihen für ein Getriebe nach Fig. 1 und

Fig. 10 und 11 beispielhafte Übersetzungsreihen für ein Getriebe nach Fig. 2 sowie

Fig. 12 ein Schaltschema für ein erfindungsgemäßes Getriebe.

Ein erfindungsgemäßes Getriebe 1 (Fig. 1) besteht im wesentlichen aus den Einsteg-Planetensätzen 2, 3, 4 sowie den Bremsen 5, 6, 7 und den beiden Kupplungen 8 und 9. Die Planetensätze bestehen jeweils aus einem Sonnenrad, einem Steg mit Planetenrädern sowie einem Hohlrad, welche im we sentlichen in zwei unterschiedlichen Versionen ausgebildet sein können. In einer ersten Version sind die Planetensätze wie folgt miteinander verbunden: Die Antriebswelle 10 ist ständig verbunden mit dem Sonnenrad 16 des zweiten Plane tensatzes. Die Antriebswelle 10 ist ferner über die erste Kupplung 8 mit dem Sonnenrad 12 des ersten Planetensatzes 2 sowie über die zweite Kupplung 9 mit dem Steg des ersten Planetensatzes 2 sowie dem Hohlrad 18 des Planetensatzes 3 verbindbar. Die Antriebswelle 10 ist koaxial zur Abtriebs welle 11 angeordnet.

Das Hohlrad 14 des ersten Planetensatzes 2 ist mit dem Steg 23 des dritten Planetensatzes 4 und dieser wiederum mit der Abtriebswelle 11 ständig in Verbindung. Das Sonnen rad 12 des ersten Planetensatzes ist über die erste Brem se 5, der Steg 15 des ersten Planetensatzes 2 sowie das Hohlrad 18 des zweiten Planetensatzes 3 ist über die zweite Bremse 6 und das Sonnenrad 20 des dritten Planetensatzes 4 ist über die dritte Bremse 7 am Gehäuse festbremsbar.

Gleiche Bauteile in unterschiedlichen Figuren oder Bauteile mit den gleichen Funktionen sind in den Figuren mit den selben Bezugszeichen versehen.

In einer weiteren Ausbildung gemäß zweiter Version des erfindungsgemäßen Getriebes (Fig. 2) mit ebenfalls koaxia lem An- und Abtrieb 10, 11 sind die Planetensätze 2, 3, 4, die Bremsen 5, 6, 7 sowie die Kupplungen 8 und 9 im wesent lichen gleich angeordnet, wie bereits in der Fig. 1 ge zeigt. Diese zweite Version unterscheidet sich jedoch von der ersten Version in der Verbindung der einzelnen Bauteile der Planetensätze miteinander.

So sind die Sonnenräder 12 und 16 des ersten und zwei ten Planetensatzes ebenfalls mit der Antriebswelle 10 ver bindbar bzw. in ständiger Antriebsverbindung. Die Abtriebs welle 11 dagegen ist mit dem Steg 19 des zweiten Planeten satzes 3 und dieser wiederum mit dem Hohlrad 14 des ersten Planetensatzes 2 in ständiger Verbindung. Der Steg 15 des ersten Planetensatzes ist ferner mit dem Hohlrad 22 des dritten Planetensatzes 4 und das Hohlrad 18 des zweiten Planetensatzes 3 mit dem Steg 23 des dritten Planetensatzes 4 in ständiger Verbindung. Der Steg 15 sowie das Hohlrad 22 sind somit durch die Bremse 6 und das Sonnenrad 20 über die Bremse 7 an dem Gehäuse feststellbar.

Die Getriebeausbildung gemäß Darstellung in Fig. 3 entspricht im wesentlichen der ersten Version in Fig. 1, wobei jedoch alternativ der Antrieb 10 und der Abtrieb 11 auf derselben Seite des Getriebes vorgesehen sind.

Eine weitere alternative Getriebeanordnung ist in Fig. 4 gezeigt, wobei der Antrieb über die Antriebswelle 10 auf das Sonnenrad 16 und über die Kupplungen 8 und 9 auf das Sonnenrad 12 sowie den Steg 15 bzw. das Hohlrad 18 er folgt. Der Abtrieb 11 ist im Getriebe zwischen den Plane tensätzen 2, 3, 4 sowie den Kupplungen 8 und 9 angeordnet.

Eine Weiterbildung der Getriebeanordnung gemäß erster Version (Fig. 5) sieht vor, daß der Antrieb über einen Drehmomentwandler 24 erfolgt und das Turbinenrad des Wand lers 24 direkt mit dem Sonnenrad 16 des zweiten Planeten satzes 3 bzw. über die Kupplungen 8 und 9 mit dem ersten bzw. zweiten Planetensatz 2, 3 verbindbar ist.

Eine weitere alternative Ausbildungsform des erfin dungsgemäßen Getriebes mit einer integrierten Anfahrbremse für eine Front-Quer-Anordnung in einem Pkw ist in Fig. 6 dargestellt. Das Getriebe entspricht dabei einer spiegel bildlichen Ausbildung der ersten Version des Getriebes ge mäß Fig. 1, wobei jedoch die Antriebs- und Abtriebswel len 10 und 11 auf derselben Seite angeordnet sind. Zusätz lich befindet sich zwischen einem Verbrennungsmotor 25 und der Antriebswelle 10 ein Torsionsschwingungsdämpfer 26. Die Abtriebswelle 11 ist über eine weitere Übersetzungsstufe und ein Differential 27 mit den Antriebsrädern 28 und 29 verbunden.

Den beispielhaften Übersetzungsreihen (Fig. 7 bis 9) für das erfindungsgemäße Getriebe gemäß Fig. 1 ist zu ent nehmen, daß die Übersetzung i im ersten Gang zwischen 4,84 und 5,70 und der Gesamtstufensprung ϕ_ges zwischen 6,32 und 7,34 liegt. Die Übersetzung i im fünften Gang ist jeweils 1,00.

Die beiden beispielhaften Übersetzungsreihen (Fig. 10 und 11) für ein Getriebe gemäß Fig. 2 weisen eine Überset zung i im ersten Gang von 3,83 bzw. 3,87 bei einem Ge samtstufensprung ϕ_ges von 4,88 bis 5,06 auf. Die Überset zung i im fünften Gang beträgt ebenfalls 1,00. Der fünfte Gang ist bei allen Übersetzungsreihen vorteilhafterweise als direkter Gang ausgebildet.

Dem Schaltschema gemäß der Darstellung in Fig. 12 ist zu entnehmen, daß bei sequentieller Schaltweise Doppel schaltungen vermieden werden, da zwei benachbarte Gangstu fen jeweils ein Schaltelement gemeinsam benutzen. Dem Schaltschema ist ferner zu entnehmen, daß bei jeder belie bigen Schaltung zwischen dem ersten und vierten Gang sowie zwischen dem vierten und sechsten Gang jeweils nur ein Schaltelement betätigt wird. Die Schaltposition gebremstes Neutral ist durch Betätigung der Bremsen B1 und B2 möglich, wodurch ein Blockieren des Abtriebs und eine gleichzeitig definierte Drehzahl im Getriebe, evtl. für eine Hillholder- Funktion, erreicht werden.

Zusätzlich können Freiläufe an jeder Stelle des Ge triebes eingesetzt werden, so z. B. zwischen der Welle und dem Gehäuse bzw. zwischen zwei Wellen, um eine Welle in zwei zu trennen. Eine Neutralstellung kann durch Schließen eines Schaltelements und Öffnen eines anderen Schaltele ments verwirklicht werden, z. B. durch Schließen der ersten Bremse 5 und Öffnen der zweiten Bremse 6 für eine Neutral stellung Vorwärts.

Ferner kann die Antriebswelle 10 durch ein Kupplungs element vom Motor getrennt werden, wobei das Kupplungsele ment beispielsweise als trockene oder nasse Anfahrkupplung, als Magnetpulverkupplung, als Fliehkraftkupplung, als hy drodynamische Kupplung oder ähnliche ausgebildet sein kann.

Weiterhin kann die Antriebswelle 10 auch durch ein Wandlungselement vom Motor getrennt werden, wobei dieses als hydrodynamischer Wandler, als Differentialwandler, als Anfahrretarder, als hydrostatisches Getriebe, als elektri sches Getriebe oder als elektro-mechanisches Getriebe oder ähnliches ausgebildet sein kann. Dies bedeutet, daß zwi schen Motor und Getriebe eine zusätzliche Übersetzungsstufe mit einer konstanten oder auch einer variablen Übersetzung größer oder gleich eins vorgesehen werden kann.

Alternativ kann ein Anfahrelement auch hinter dem Ge triebe angeordnet sein, so daß die Antriebswelle 10 fest mit der Koppelwelle eines Motors verbunden ist. In einem solchen Fall erfolgt das Anfahren durch ein Schaltelement des Getriebes, z. B. mittels der zweiten Bremse 6.

Ferner kann eine verschleißfreie Bremse, beispielswei se ein hydraulischer oder elektrischer Retarder oder ähnli ches, auf jeder Welle, bevorzugt jedoch auf der Antriebs welle 10 oder der Abtriebswelle 11, angeordnet sein.

Weiter kann ein Nebenabtrieb zum Antrieb von zusätzli chen Aggregaten auf jeder Welle, bevorzugt aber auf der Antriebswelle 10 oder der Abtriebswelle 11, vorgesehen sein.

Die Schaltelemente selbst bestehen vorzugsweise aus lastschaltenden Kupplungen oder Bremsen, wie Lamellenkupp lungen, Bandbremsen, Konuskupplungen oder ähnliche.

Die Schaltelemente können jedoch auch aus formschlüs sigen Kupplungen oder Bremsen bestehen, beispielsweise Klauenkupplungen oder Synchronisierungen.

Claims

1. Automatisch schaltbares Kraftfahrzeuggetriebe mit drei Einsteg-Planetensätzen sowie drei Bremsen und zwei Kupplungen zum Schalten von sechs Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang, mit einer Antriebswelle und einer Abtriebs welle, dadurch gekennzeichnet

- daß die Antriebswelle (10) direkt mit dem Sonnen rad (16) des zweiten Planetensatzes (3) verbunden ist und
- daß die Antriebswelle (10) über die erste Kupplung (8) mit dem Sonnenrad (12) des ersten Planetensatzes (2) und/oder über die zweite Kupplung (9) mit dem Steg (15) des ersten Planetensatzes (2) und/oder
- das Sonnenrad (12) des ersten Planetensatzes (2) über die erste Bremse (5) mit dem Gehäuse des Getriebes (1) und/oder
- der Steg (15) des ersten Planetensatzes (2) über die zweite Bremse (6) mit dem Gehäuse und/oder
- das Sonnenrad (20) des dritten Planetensatzes (4) über die dritte Bremse (7) mit dem Gehäuse verbindbar ist.

2. Automatisch schaltbares Kraftfahrzeuggetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (11) mit dem Steg (23) des dritten Plane tensatzes (4) und mit dem Hohlrad (14) des ersten Planeten satzes (2) ständig verbunden ist.

3. Automatisch schaltbares Kraftfahrzeuggetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (15) des ersten Planetensatzes (2) mit dem Hohl rad (18) des zweiten Planetensatzes (3) und der Steg (19) des zweiten Planetensatzes (3) mit dem Hohlrad (22) des dritten Planetensatzes (4) ständig verbunden ist.

4. Automatisch schaltbares Kraftfahrzeuggetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (11) mit dem Steg (19) des zweiten Plane tensatzes (3) und mit dem Hohlrad (14) des ersten Planeten satzes (2) ständig verbunden ist.

5. Automatisch schaltbares Kraftfahrzeuggetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (15) des ersten Planetensatzes (2) mit dem Hohl rad (22) des dritten Planetensatzes (4) und das Hohl rad (18) des zweiten Planetensatzes (3) mit dem Steg (23) des dritten Planetensatzes (4) ständig verbunden ist.

6. Automatisch schaltbares Kraftfahrzeuggetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste Kupplung (8) in dem drit ten und fünften Gang sowie in dem Rückwärtsgang betätigt wird.

7. Automatisch schaltbares Kraftfahrzeuggetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die zweite Kupplung (9) in dem vierten, fünften und sechsten Gang betätigt wird.

8. Automatisch schaltbares Kraftfahrzeuggetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste Bremse (5) in dem zweiten und sechsten Gang betätigt wird.

9. Automatisch schaltbares Kraftfahrzeuggetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die zweite Bremse (6) in dem ersten Gang und in dem Rückwärtsgang betätigt wird.

10. Automatisch schaltbares Kraftfahrzeuggetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die dritte Bremse (7) in dem er sten, zweiten, dritten und vierten Gang betätigt wird.