DE102017203770A1

DE102017203770A1 - Mehrstufengetriebe für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102017203770A1
Application number: DE102017203770.9A
Authority: DE
Inventors: Stefan Beck; Viktor Warth; Michael Wechs; Peter Ziemer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-03-08
Filing date: 2017-03-08
Publication date: 2018-09-27

Abstract

Es wird ein Mehrstufengetriebe für ein Fahrzeug in Planetenbauweise mit einem Gehäuse (8) vorgeschlagen, in dem vier Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3, RS4) vorgesehen sind, wobei ein Antrieb (An) mit einer ersten Welle (1) und ein Abtrieb (Ab) mit einer zweiten Welle (2) verbunden ist, wobei fünf weitere Wellen (3, 4, 5, 6, 7) und sechs Schaltelemente (A, A1, A2, B, C, D, D1, D2, E, E1, E2, F) vorgesehen sind, durch deren Betätigung zumindest acht Vorwärtsgänge (G1, G2, G3, G4, G5, G6, G7, G8) und zumindest ein Rückwärtsgang (R) realisierbar sind, wobei die erste Welle (1) mit einem Sonnenrad (SR2) eines zweiten Planetenradsatzes (RS2) verbunden ist, wobei die erste Welle (1) mit einem Sonnenrad (SR3) eines dritten Planetenradsatzes (RS3) verbindbar ist, wobei die erste Welle (1) mit einem Planetenradträger (PT4) eines vierten Planetenradsatzes (RS4) verbunden oder verbindbar ist, wobei die zweite Welle (2) mit einem Planetenradträger (PT1) eines ersten Planetenradsatzes (RS1) verbunden oder verbindbar ist, wobei die zweite Welle (2) mit einem Hohlrad (HR3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbunden ist, wobei ein Sonnenrad (SR1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) und ein Sonnenrad (SR4) des vierten Planetenradsatzes (RS4) mit dem Gehäuse (8) verbunden oder verbindbar sind, wobei ein Hohlrad (HR4) des vierten Planetenradsatzes (RS4) und ein Hohlrad (HR1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) sowie ein Planetenradträger (PT2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) miteinander verbunden oder verbindbar sind, und wobei ein Hohlrad (HR2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) mit einem Planetenradträger (PT3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise als Automatikgetriebe oder Automatgetriebe gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Beispielsweise aus der Druckschrift US 8 152 681 B 2 ist ein Automatikgetriebe in Planetenbauweise für ein Fahrzeug bekannt, mit dem acht Vorwärtsgänge und zwei Rückwärtsgänge realisierbar sind. Das bekannte Getriebe umfasst vier Planetenradsätze und sieben Schaltelemente, wobei die Planetenradsätze radial hintereinander angeordnet sind. Das Getriebe ist konstruktiv aufwändig gestaltet und weist einen geringen Wirkungsgrad auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Mehrstufengetriebe der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, bei dem eine maximale Anzahl an Übersetzungsstufen bei möglichst geringem Bauraum realisierbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wobei sich vorteilhafte Ausgestaltungen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.
Somit wird ein Mehrstufengetriebe für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, in Planetenbauweise mit einem Gehäuse vorgeschlagen, in dem vier Planetenradsätze vorzugsweise axial hintereinander angeordnet sind, wobei ein Antrieb mit einer ersten Welle und ein Abtrieb mit einer zweiten Welle verbunden ist. Ferner sind fünf weitere Wellen und sechs Schaltelemente vorgesehen, durch deren selektives Betätigen zumindest acht Vorwärtsgänge und zumindest ein Rückwärtsgang realisierbar sind.
Um ein besonders effizientes Mehrstufengetriebe zu realisieren, ist vorgesehen, dass die erste Welle mit einem Sonnenrad eines zweiten Planetenradsatzes verbunden ist. Ferner ist die erste Welle mit einem Sonnenrad eines dritten Planetenradsatzes verbindbar. Die erste Welle ist darüber hinaus mit einem Planetenradträger eines vierten Planetenradsatzes verbunden oder verbindbar. Die zweite Welle ist mit einem Planetenradträger eines ersten Planetenradsatzes verbunden oder verbindbar. Zudem ist die zweite Welle mit einem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes verbunden. Ein Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes und ein Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes sind mit dem Gehäuse verbunden oder verbindbar. Ferner sind ein Hohlrad des vierten Planetenradsatzes und ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes sowie ein Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes miteinander verbunden oder verbindbar. Zudem ist vorgesehen, dass ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes mit einem Planetenradträger des dritten Planetenradsatzes verbunden ist.
Das vorgeschlagene Mehrstufengetriebe umfasst nur sechs Schaltelemente, wobei zum Realisieren der Gangstufen gleichzeitig zwei der Schaltelemente geschlossen bzw. aktiviert sind. Als Schaltelemente können sowohl reib- als auch formschlüssige Schaltelemente eingesetzt werden. Mit besonderem Vorteil sind in Abhängigkeit von den jeweiligen Ausführungsvarianten bis zu vier der Schaltelemente als Bremsen ausgeführt. Bremsen haben gegenüber Kupplungen den Vorteil, dass diese konstruktiv einfacher aufgebaut sind.
Unabhängig von den verschiedenen Ausführungsvarianten des Mehrstufengetriebes ergibt sich eine insgesamt kompakte und modulare Bauweise mit geringer Bauteilbelastung und geringen Getriebeverlusten sowie optimalem Wirkungsgrad. Zudem ergibt sich aus dem vorbeschriebenen Radsatz eine gute Übersetzungsreihe mit kurzer Anfahrübersetzung, wobei eine konstruktiv einfache Anbindung zumindest einer elektrischen Maschine zur Hybridisierung des Mehrstufengetriebes möglich ist. Beispielsweise eignet sich eine koaxiale oder auch eine achsparallele Anbindung der elektrischen Maschine z. B. an der ersten Welle. Sollte jedoch eine noch größere Übersetzung oder ein aus Bauraumgründen größerer Achsabstand zwischen der elektrischen Maschine und Eingangswellenachsen gewünscht werden, kann neben einer direkten Anbindung auch eine indirekte Anbindung über zumindest eine Übersetzungsstufe bzw. ein Zwischengetriebe zum Anbinden der elektrischen Maschine vorgesehen sein.
Dem Mehrstufengetriebe bzw. der ersten Welle des Mehrstufengetriebes kann beispielsweise eine Drehschwingungs-Entkopplungseinheit vorgeschaltet sein. Im Falle der Hybridisierung ist zwischen der elektrischen Maschine bzw. der ersten Welle des Getriebes und dem Verbrennungsmotor vorzugsweise ein zusätzliches Schaltelement als Trennkupplung positioniert, mit dem der Verbrennungsmotor bzw. der Antriebsmotor des Fahrzeuges beispielsweise im elektrischen Betrieb von der ersten Welle abkoppelbar ist. Auf diese Weise ist auch sowohl rein verbrennungsmotorisches Fahren als auch rein elektrisches Fahren möglich. Im Falle der Hybridisierung kann beispielsweise eine separate Anfahrkupplung zum Anfahren vorgesehen werden, die zwischen der elektrischen Maschine und dem Getrieberadsatz positioniert ist. Sämtliche Vorwärtsgänge sind dann mechanisch und elektrisch fahrbar. Es ist jedoch auch möglich, dass bei der Hybridisierung ein internes Anfahrelement verwendet wird. Als internes Anfahrelement kann auch eines der Schaltelemente verwendet werden.
Bei der vorliegenden Erfindung können sämtliche Planetenradsätze als Minus-Planetenradsatz ausgeführt sein. Ein Minus-Planetenradsatz kann bevorzugt in einen Plus-Planetenradsatz überführt werden, wenn die Planetenträger- und die Hohlradanbindung an diesem Radsatz miteinander vertauscht wird und der Betrag der Standübersetzung um 1 erhöht wird. Dies bedeutet für den Fachmann, dass bei einem Minus-Planetenradsatz ein erstes Element als Sonnenrad, ein zweites Element als Planetenradträger oder Steg und ein drittes Element als Hohlrad ausgeführt sind. Bei einem Plus-Planetenradsatz gilt jedoch, dass ein erstes Element als Sonnenrad, ein zweites Element als Hohlrad und ein drittes Element als Steg bzw. Planetenradträger ausgeführt sind. Anhand dieser Angaben kann beispielsweise ein vorgesehener Minus-Planetenradsatz bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe in einen Plus-Planetenradsatz umgewandelt werden.
Ein Minus-Planetenradsatz weist bekanntlich an seinem Planetenradträger verdrehbar gelagerte Planetenräder auf, die mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad dieses Planetenradsatzes kämmen, so dass sich das Hohlrad bei festgehaltenem Planetenradträger und drehendem Sonnenrad in zur Sonnenraddrehrichtung entgegengesetzter Richtung dreht. Ein Plus-Planetenradsatz weist bekanntlich an seinem Planetenradträger verdrehbar gelagerte und miteinander in Zahneingriff stehende innere und äußere Planetenräder auf, wobei das Sonnenrad dieses Planetenradsatzes mit den inneren Planetenrädern und das Hohlrad dieses Planetenradsatzes mit den äußeren Planetenrädern kämmen, so dass sich das Hohlrad bei festgehaltenem Planetenradträger und drehendem Sonnenrad in zur Sonnenraddrehrichtung gleicher Richtung dreht.
Bei dem vorgeschlagenen Mehrstufengetriebe ergibt sich der Vorteil, dass nicht nur eine koaxiale Anordnung von Antriebswelle und Abtriebswelle möglich ist, um dadurch eine Längsanordnung des Getriebes in dem Fahrzeug, also den Standardeinbau zu realisieren, sondern auch ein so genannter seitlicher Abtrieb möglich ist, um einen Front-Quer-Einbau bzw. -Anordnung des Getriebes in dem Fahrzeug zu ermöglichen. Auf diese Weise wird bei dem vorgeschlagenen Mehrstufengetriebe der mögliche Einsatzbereich deutlich erweitert.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer möglichen Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes mit beispielhaft seitlichem Abtrieb als Front-Quer-Anordnung im Fahrzeug;
2 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführung des Mehrstufengetriebes gemäß 1 mit einer Verblockungsvariante des zweiten Planetenradsatzes;
3 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführung des Mehrstufengetriebes gemäß 1 mit einer weiteren Verblockungsvariante des zweiten Planetenradsatzes;
4 eine schematische Ansicht der Ausführung des Mehrstufengetriebes gemäß 1 mit koaxialer Anordnung von Antrieb und Abtrieb als Längsanordnung im Fahrzeug;
5 eine schematische Ansicht der Ausführung des Mehrstufengetriebes gemäß 2 mit koaxialer Anordnung von Antrieb und Abtrieb als Längsanordnung im Fahrzeug;
6 eine schematische Ansicht der Ausführung des Mehrstufengetriebes gemäß 3 mit koaxialer Anordnung von Antrieb und Abtrieb als Lenkanordnungen Fahrzeug;
7 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführung des Mehrstufengetriebes gemäß 1 mit einer alternativen Anordnungsposition eines ersten Schaltelements;
8 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführung des Mehrstufengetriebes gemäß 1 einer weiteren alternativen Anordnungsposition des ersten Schaltelements;
9 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführung des Mehrstufengetriebes gemäß 4 mit einer alternativen Anordnungsposition des ersten Schaltelements;
10 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführung des Mehrstufengetriebes gemäß 1 mit einer alternativen Anordnungsposition eines vierten Schaltelements;
11 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführung des Mehrstufengetriebes gemäß 1 mit einer weiteren alternativen Anordnungsposition des vierten Schaltelements;
12 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführung des Mehrstufengetriebes gemäß 4 mit einer alternativen Anordnungsposition des vierten Schaltelements;
13 eine schematische Ansicht einer möglichen Hybridisierung anhand der Ausführungsvariante des Mehrstufengetriebes gemäß 4 mit einer koaxialen Anordnung der elektrischen Maschine exemplarisch für sämtliche Ausführungen;
14 eine schematische Ansicht einer weiteren möglichen Hybridisierung anhand der Ausführungsvariante des Mehrstufengetriebes gemäß 1 mit einer achsparallelen Anordnung der elektrischen Maschine exemplarisch für sämtliche Ausführungen; und
15 eine Ansicht einer beispielhaften Schaltmatrix für die in den 1 bis 14 dargestellten Ausführungen.

In den 1 bis 3 sind verschiedene Verblockungsvarianten eines zweiten Planetenradsatzes des vorgeschlagenen Mehrstufengetriebes beispielhaft dargestellt, wobei diese Verblockungsvarianten anhand eines seitlichen Abtriebes zur Front-Quer-Anordnung gezeigt sind. Diese Verblockungsvarianten sind in den 4 bis 6 beispielhaft anhand einer möglichen Längsanordnung des Getriebes in einem Fahrzeug beispielhaft dargestellt. In den 7 und 8 sind Schaltelement-Anordnungsvarianten eines ersten Schaltelements anhand einer möglichen Front-Quer-Anordnung dargestellt, während in 9 eine Anordnungsvarianten des ersten Schaltelements anhand einer Längsanordnung des Getriebes dargestellt sind. Die 10 und 11 zeigen anhand einer Front-Quer-Anordnung des Getriebes Anordnungsvarianten eines vierten Schaltelements, während 12 eine Anordnungsvariante des vierten Schaltelements anhand einer Längsanordnung des Getriebes beispielhaft zeigt. Ferner sind in den 13 und 14 Hybridvarianten bei dem vorgeschlagenen Mehrstufengetriebe beispielhaft gezeigt, wobei 13 eine koaxiale Anordnung einer elektrischen Maschine und 14 eine achsparallel Anordnung der elektrischen Maschine EM exemplarisch für sämtliche Ausführungsvarianten zeigen.
Unabhängig von den jeweiligen Ausführungsvarianten umfasst das Mehrstufengetriebe, welches vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug zum automatisierten Schalten einsetzbar ist, ein Gehäuse 8, in dem vier Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 vorgesehen sind, wobei der Antrieb An mit einer ersten Welle 1 bzw. einer Getriebeeingangswelle und der Abtrieb Ab mit einer zweiten Welle 2 bzw. mit einer Getriebeausgangswelle verbunden sind. Ferner sind fünf weitere Wellen 3, 4, 5, 6, 7 und sechs Schaltelemente A, A1, A2, B, C, D, D1, D2, E, E1, E2, F vorgesehen, die z. B. lösbare Verbindungen zwischen Elementen bzw. Wellen oder eine lösbare Gehäuseanbindung ermöglichen, durch deren Betätigung acht Vorwärtsgänge G1, G2, G3, G4, G5, G6, G7, G8 und ein Rückwärtsgang R realisierbar sind. Zudem kann je nach Ausführungsvariante auch eine feste Gehäuseanbindung 0 vorgesehen sein.
Bei dem vorgeschlagenen Mehrstufengetriebe sind die vier Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 vorzugsweise axial hintereinander angeordnet und bilden somit vier Radebenen, unabhängig davon, ob eine Front-Quer- oder Längsanordnung des Getriebes in dem Fahrzeug vorgesehen ist. Die axiale Reihenfolge ist variable, da die einzelnen vorbestimmten Verbindungen der Elemente der Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 untereinander wesentlich sind, die sich lediglich durch die Verblockungsvarianten und Schaltelement-Anordnungsvarianten partiell verändern.
Der Einfachheit halber sind die vier Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 jeweils als Minus-Planetenradsätze ausgeführt, wobei diese jedoch anhand der vorgenannten Ausführungen bezüglich der Zuordnung der einzelnen Elemente von dem zuständigen Fachmann je nach Bedarf in Plus-Planetenradsätze umwandelbar sind.
Zur Anbindung der Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 ist vorgesehen, dass die erste Welle 1 mit einem Sonnenrad SR2 eines zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden ist, dass die erste Welle 1 mit einem Sonnenrad SR3 eines dritten Planetenradsatzes RS3 verbindbar ist, dass die erste Welle 1 mit einem Planetenradträger PT4 eines vierten Planetenradsatzes RS4 verbunden oder verbindbar ist, dass die zweite Welle 2 mit einem Planetenradträger PT1 eines ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden oder verbindbar ist, dass die zweite Welle 2 mit einem Hohlrad HR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden ist, dass ein Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 und ein Sonnenrad SR4 des vierten Planetenradsatzes RS4 mit dem Gehäuse 8 verbunden oder verbindbar sind, dass ein Hohlrad HR4 des vierten Planetenradsatzes RS4 und ein Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 sowie ein Planetenradträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 miteinander verbunden oder verbindbar sind, und dass ein Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 mit einem Planetenradträger PT3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden ist.
Im Detail ist bei der Ausführungsvariante gemäß 1 vorgesehen, dass die erste Welle sowohl mit dem Sonnenrad SR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 und dem Planetenradträger PT4 des vierten Planetenradsatzes RS4 direkt verbunden ist. Ferner ist die erste Welle 1 über ein fünftes Schaltelement E und über eine vierte Welle 4 sowohl mit dem Planetenradträger PT3 des dritten Planetenradsatzes RS3 als auch mit dem Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS 2 verbindbar, wobei der Planetenradträger PT3 des dritten Planetenradsatzes RS3 über die vierte Welle 4 und über ein zweites Schaltelement B mit dem Gehäuse 8 verbindbar ist. Ferner ist die erste Welle 1 über ein sechstes Schaltelement F und über eine Welle 5 mit dem Sonnenrad SR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbindbar, wobei das Sonnenrad SR3 über die fünfte Welle 5 und über ein drittes Schaltelement C im geschlossenen Zustand mit dem Gehäuse 8 verbunden ist. Die zweite Welle 2 ist sowohl mit dem Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes RS1 als auch mit dem Hohlrad HR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden. Das Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 ist bei dieser Ausführungsvariante über eine dritte Welle 3 und über ein erstes Schaltelement A mit dem Gehäuse 8 verbindbar, während das Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 über eine sechste Welle 6 sowohl mit dem Planetenradträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 als auch mit dem Hohlrad HR4 des vierten Planetenradsatzes RS4 verbunden ist. Das Sonnenrad SR4 des vierten Planetenradsatzes RS4 ist über eine siebente Welle 7 und über ein viertes Schaltelement D mit dem Gehäuse 8 verbindbar.
Demzufolge verbindet bei der Ausführungsvariante gemäß 1 das erste als Bremse ausgeführte Schaltelement A im geschlossenen Zustand die Welle 3 mit dem Gehäuse 8. Das zweite als Bremse ausgeführte Schaltelement B verbindet im geschlossenen Zustand die vierte Welle 4 mit dem Gehäuse 8. Das dritte als Bremse ausgeführte Schaltelement C verbindet im geschlossenen Zustand die fünfte Welle 5 mit dem Gehäuse 8. Das vierte als Bremse ausgeführte Schaltelement D verbindet im geschlossenen Zustand die siebente Welle 7 mit dem Gehäuse 8. Das fünfte als Kupplung ausgeführte Schaltelement E verbindet im geschlossenen Zustand die erste Welle 1 mit der vierten Welle 4. Schließlich verbindet das sechste als Kupplung ausgeführte Schaltelement F im geschlossenen Zustand die erste Welle 1 mit der fünften Welle 5.
Bei der in 1 dargestellten Ausführung ist eine Verblockungsvariante des zweiten Planetenradsatzes RS2 dargestellt, bei der die Verblockung über die Verbindung von Sonnenrad SR2 und Hohlrad HR2 realisiert wird, wobei diese Ausführung anhand einer Front-Queranordnung im Fahrzeug beispielhaft gezeigt ist. Zum Verblocken des zweiten Planetenradsatzes RS2 ist somit das Sonnenrad SR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 über die erste Welle 1 bei geschlossenem fünften als Kupplung ausgeführten Schaltelement (E) und über eine vierte Welle 4 mit dem Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden.
In 2 ist im Unterschied zu der Ausführung gemäß 1 eine Verblockungsvariante des zweiten Planetenradsatzes RS2 gezeigt, bei der die Verblockung durch die Verbindung von Sonnenrad SR2 und Planetenradträger bzw. Steg PT2 vorgesehen ist. Demzufolge ist eine erste Alternative des als Kupplung ausgeführten fünften Schaltelements E1 derart angeordnet, dass das Sonnenrad SR2 über die erste Welle 1 bei geschlossener ersten Alternative des fünften Schaltelements E1 und über die sechste Welle 6 mit dem Planetenradträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes RS 2 verbunden ist. Demzufolge verbindet die erste Alternative des fünften Schaltelements E1 im geschlossenen Zustand die erste Welle 1 mit der sechsten Welle 6.
In 3 ist im Unterschied zu der Ausführung gemäß 1 eine weitere Verblockungsvariante des zweiten Planetenradsatzes RS2 gezeigt, bei der die Verblockung durch eine Verbindung von Planetenradträger PT2 und Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 erfolgt. Demzufolge ist zum Verblocken des zweiten Planetenradsatzes RS2 der Planetenradträger PT2 über die sechste Welle 6 bei geschlossener zweiten Alternative des fünften als Kupplung ausgeführten Schaltelements E2 und über eine vierte Welle 4 mit dem Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden. Demzufolge verbindet die zweite Alternative des fünften Schaltelements E2 im geschlossenen Zustand die vierte Welle 4 mit der sechsten Welle 6.
Die vorbeschriebenen Verblockungsvarianten sind in den 4 bis 6 anhand einer koaxialen Anordnung von Antrieb An und Abtrieb Ab quasi als Längsanordnung des Getriebes in einem Fahrzeug beispielhaft gezeigt.
In den 1 bis 6 ist vorgesehen, dass das erste Schaltelement A, welches als Bremse ausgeführt ist, dafür sorgt, dass im geschlossenen Zustand der erste Planetenradsatz RS1 Drehmoment übertragen kann. Hierzu ist das Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 zur Drehmomentübertragung über eine dritte Welle 3 bei geschlossenem ersten Schaltelement A mit dem Gehäuse 8 verbunden. Bei geöffnetem ersten Schaltelement A kann der erste Planetenradsatz RS1 kein Drehmoment übertragen. Die Anbindung des ersten Planetenradsatzes RS1 ist über zwei weitere Anordnungsvarianten bei dem ersten Schaltelement A realisierbar.
In 7 ist eine erste Anordnungsvariante des ersten Schaltelements A dargestellt, bei der das Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 über eine dritte Welle 3 bei geschlossener erster Alternative des ersten als Kupplung ausgeführten Schaltelements A1 zur Drehmomentübertragung mit einer sechsten Welle 6 verbunden ist, wobei das Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 mit einer gehäusefesten Anbindung 0 versehen ist. Demzufolge verbindet die erste Alternative des ersten Schaltelements A1 im geschlossenen Zustand die dritte Welle 3 mit der sechsten Welle 6. Diese Kupplungsvariante ist in 7 anhand einer beispielhaften Front-Queranordnung dargestellt. 9 zeigt diese Kopplungsvariante beispielhaft anhand einer Längsanordnung des Getriebes im Fahrzeug.
In 8 ist eine zweite Anordnungsvariante des ersten Schaltelements A dargestellt, bei der der Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes RS1 über eine dritte Welle 3 bei geschlossener zweiter Alternative des ersten als Kupplung ausgeführten Schaltelements A2 zur Drehmomentübertragung mit der zweiten Welle 2 verbunden ist, wobei das Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 mit einer gehäusefesten Anbindung 0 versehen ist. Demzufolge verbindet die zweite Alternative des ersten Schaltelements A2 im geschlossenen Zustand die zweite Welle 2 mit der dritten Welle 3. 8 zeigt dieser Anordnungsvariante beispielhaft anhand einer Front Queranordnung.
In den 1 bis 6 ist vorgesehen, dass das vierte als Bremse ausgeführte Schaltelement D dafür sorgt, dass der vierte Radsatz RS4 im geschlossenen Zustand des vierten Schaltelements D Drehmoment übertragen kann. Hierzu ist das Sonnenrad SR4 des vierten Planetenradsatzes RS4 zur Drehmomentübertragung über eine siebente Welle 7 bei geschlossenem vierten Schaltelement D mit dem Gehäuse 8 verbunden. Bei geöffnetem vierten Schaltelement D kann der vierte Planetenradsatz RS4 kein Drehmoment übertragen. Die Anbindung des vierten Planetenradsatzes RS 4 ist über 2 weitere Anordnungsvarianten bei dem vierten Schaltelement D realisierbar.
In 10 ist eine erste Anordnungsvarianten des vierten Schaltelements D dargestellt, bei der das Hohlrad HR4 des vierten Planetenradsatzes RS4 über eine siebente Welle 7 bei geschlossener erster Alternative des vierten als Kupplung ausgeführten Schaltelements D1 zur Drehmomentübertragung mit einer sechsten Welle 6 verbunden ist, wobei das Sonnenrad SR4 des vierten Planetenradsatzes RS4 mit einer gehäusefesten Anbindung 0 versehen ist. Demzufolge verbindet die erste Alternative des vierten Schaltelements D1 im geschlossenen Zustand die sechste Welle 6 mit der Welle 7. Diese Kopplungsvariante ist in 10 anhand einer beispielhaften Front-Queranordnung dargestellt. 12 zeigt diese Kopplungsvariante beispielhaft anhand einer Längsanordnung des Getriebes im Fahrzeug.
In 11 ist eine zweite Anordnungsvarianten des vierten Schaltelements D dargestellt, bei der der Planetenradträger PT4 des vierten Planetenradsatzes RS4 über eine siebente Welle 7 bei geschlossener zweiter Alternative des vierten als Kupplung ausgeführten Schaltelements D2 zur Drehmomentübertragung mit der ersten Welle 1 verbunden ist, wobei das Sonnenrad SR4 des vierten Planetenradsatzes RS4 mit einer gehäusefesten Anbindung 0 versehen ist. Demzufolge verbindet die zweite Alternative des vierten Schaltelements D2 im geschlossenen Zustand die erste Welle 1 mit der siebenten Welle 7. In 11 ist diese Anordnungsvarianten anhand einer Front-Queranordnung beispielhaft gezeigt.
Die in 13 dargestellte Ausführung unterscheidet sich von der Ausführungsvariante gemäß 4 dadurch, dass eine Hybridvariante dargestellt ist. Hierzu ist eine elektrische Maschine EM vorgesehen, deren Rotor 10 koaxial zu einer Eingangswellenachse I der ersten Welle 1 angeordnet ist, wobei der Rotor 10 der elektrischen Maschine EM direkt mit der ersten Welle 1 verbunden oder verbindbar ist. Es ist auch möglich, dass eine Anbindung beispielsweise über eine Übersetzung oder ein Getriebe vorgesehen wird.
In 14 ist eine weitere Hybridvariante anhand der Ausführungsvariante gemäß 1 dargestellt. Dazu ist vorgesehen, dass auch eine elektrische Maschine EM vorhanden ist, deren Antriebswelle 9 achsparallel zu der Eingangswellenachse I der ersten Welle 1 angeordnet ist, wobei die Antriebswelle 9 der elektrischen Maschine EM über eine Stirnradstufe ST mit der ersten Welle 1 verbunden ist. Es ist jedoch auch eine direkte Anbindung möglich.
Bei den Hybridvarianten ist es von Vorteil, dass die erste Welle 1 über ein zusätzliches Schaltelement bzw. eine Trennkupplung K0 mit dem Fahrzeugmotor verbindbar ist. Auf diese Weise ist der Fahrzeugmotor von der elektrischen Maschine EM bzw. der ersten Welle 1 auch abkoppelbar bzw. verbindbar. Hierzu ist die Trennkupplung K0 zwischen der ersten Welle 1 und dem Antrieb An vorgesehen. Sämtliche Gangstufen sind mechanisch und elektrisch fahrbar, wobei die Hybridisierung bei sämtlichen Ausführungsvarianten möglich ist.
Unabhängig von den Ausführungsvarianten ergibt sich aus dem gezeigten Schaltschema gemäß 15, dass zum Schalten des ersten Vorwärtsganges G1 das erste Schaltelement A oder die erste Alternative des ersten Schaltelements A1 oder die zweite Alternative des ersten Schaltelements A2 und das zweite Schaltelement B geschlossen sind. Zum Schalten des zweiten Vorwärtsganges G2 sind das erste Schaltelement A oder die erste Alternative des ersten Schaltelements A1 oder die zweite Alternative des ersten Schaltelements A2 und das dritte Schaltelement C geschlossen. Zum Schalten des dritten Vorwärtsganges G3 sind das erste Schaltelement A oder die erste Alternative des ersten Schaltelements A1 oder die zweite Alternative des ersten Schaltelements A2 und das sechste Schaltelement F geschlossen. Zum Schalten des vierten Vorwärtsganges G4 sind das erste Schaltelement A oder die erste Alternative des ersten Schaltelements A1 oder die zweite Alternative des ersten Schaltelements A2 und das fünfte Schaltelement E oder die erste Alternative des fünften Schaltelements E1 oder die zweite Alternative des fünften Schaltelements E2 geschlossen. Zum Schalten des fünften Vorwärtsganges G5 sind das fünfte Schaltelement E oder die erste Alternative des fünften Schaltelements E1 oder die zweite Alternative des fünften Schaltelements E2 und das sechste Schaltelement F geschlossen. Zum Schalten des sechsten Vorwärtsganges G6 sind das dritte Schaltelement C und das fünfte Schalt-element E oder die erste Alternative des fünften Schaltelements E1 oder die zweite Alternative des fünften Schaltelements E2 geschlossen. Zum Schalten des siebten Vorwärtsganges G7 sind das vierte Schaltelement D oder die erste Alternative des vierten Schaltelements D1 oder die zweite Alternative des vierten Schaltelements D2 und das sechste Schaltelement F geschlossen. Zum Schalten des achten Vorwärtsganges G8 sind das dritte Schaltelement C und das vierte Schaltelement D oder die erste Alternative des vierten Schaltelements D1 oder die zweite Alternative des vierten Schaltelements D2 geschlossen. Zum Schalten des Rückwärtsganges R sind das zweite Schaltelement B und das sechste Schaltelement F geschlossen.
Bei der in 15 dargestellten Schaltmatrix bedeutet das Vorhandensein eines Kreuzes in dem jeweiligen Feld der zu realisierenden Gangstufe, dass das zugeordnete Schaltelement geschlossen bzw. aktiviert ist. Wenn kein Kreuz in dem Feld vorhanden ist, ist das zugeordnete Schaltelement geöffnet.
Bezugszeichenliste

0: gehäusefeste Anbindung
1: erste Welle
2: zweite Welle
3: dritte Welle
4: vierte Welle
5: fünfte Welle
6: sechste Welle
7: siebente Welle
8: Gehäuse
9: Antriebwelle der elektrischen Maschine
10: Rotor der elektrischen Maschine
EM: elektrische Maschine
I: Eingangswellenachse
ST: Stirnradstufe
RS1: erster Planetenradsatz
RS2: zweiter Planetenradsatz
RS3: dritter Planetenradsatz
RS4: vierter Planetenradsatz
G1: erster Vorwärtsgang
G2: zweiter Vorwärtsgang
G3: dritter Vorwärtsgang
G4: vierter Vorwärtsgang
G5: fünfter Vorwärtsgang
G6: sechster Vorwärtsgang
G7: siebenter Vorwärtsgang
G8: achte Vorwärtsgang
R: Rückwärtsgang
A: erstes Schaltelement
A1: erste Alternative des ersten Schaltelements
A2: zweite Alternative des ersten Schaltelements
B: zweites Schaltelement
C: drittes Schaltelement
D: viertes Schaltelement
D1: erste Alternative des vierten Schaltelementes
D2: zweite Alternative des vierten Schaltelementes
E: fünftes Schaltelement
E1: erste Alternative des fünften Schaltelements
E2: zweite Alternative des fünften Schaltelements
F: sechstes Schaltelement
SR1: Sonnenrad erster Planetenradsatz
PT1: Planetenradträger erster Planetenradsatz
HR1: Hohlrad erster Planetenradsatz
SR2: Sonnenrad zweiter Planetenradsatz
PT2: Planetenradträger zweiter Planetenradsatz
HR2: Hohlrad zweiter Planetenradsatz
SR3: Sonnenrad dritter Planetenradsatz
PT3: Planetenradträger dritter Planetenradsatz
HR3: Hohlrad dritter Planetenradsatz
SR4: Sonnenrad vierter Planetenradsatz
PT4: Planetenradträger vierter Planetenradsatz
HR4: Hohlrad vierter Planetenradsatz
K0: Trennkupplung
An: Antrieb
Ab: Abtrieb

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8152681 [0002]

Claims

Mehrstufengetriebe für ein Fahrzeug in Planetenbauweise mit einem Gehäuse (8), in dem vier Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3, RS4) vorgesehen sind, wobei ein Antrieb (An) mit einer ersten Welle (1) und ein Abtrieb (Ab) mit einer zweiten Welle (2) verbunden ist, wobei fünf weitere Wellen (3, 4, 5, 6, 7) und sechs Schaltelemente (A, A1, A2, B, C, D, D1, D2, E, E1, E2, F) vorgesehen sind, durch deren Betätigung zumindest acht Vorwärtsgänge (G1, G2, G3, G4, G5, G6, G7, G8) und zumindest ein Rückwärtsgang (R) realisierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle (1) mit einem Sonnenrad (SR2) eines zweiten Planetenradsatzes (RS2) verbunden ist, dass die erste Welle (1) mit einem Sonnenrad (SR3) eines dritten Planetenradsatzes (RS3) verbindbar ist, dass die erste Welle (1) mit einem Planetenradträger (PT4) eines vierten Planetenradsatzes (RS4) verbunden oder verbindbar ist, dass die zweite Welle (2) mit einem Planetenradträger (PT1) eines ersten Planetenradsatzes (RS1) verbunden oder verbindbar ist, dass die zweite Welle (2) mit einem Hohlrad (HR3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbunden ist, dass ein Sonnenrad (SR1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) und ein Sonnenrad (SR4) des vierten Planetenradsatzes (RS4) mit dem Gehäuse (8) verbunden oder verbindbar sind, dass ein Hohlrad (HR4) des vierten Planetenradsatzes (RS4) und ein Hohlrad (HR1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) sowie ein Planetenradträger (PT2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) miteinander verbunden oder verbindbar sind, und dass ein Hohlrad (HR2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) mit einem Planetenradträger (PT3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbunden ist.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verblocken des zweiten Planetenradsatzes (RS2) das Sonnenrad (SR2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) über die erste Welle (1) bei geschlossenem fünften Schaltelement (E) und über eine vierte Welle (4) mit dem Hohlrad (HR2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) verbunden ist.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verblocken des zweiten Planetenradsatzes (RS2) das Sonnenrad (SR2) über die erste Welle (1) bei geschlossener ersten Alternative des fünften Schaltelements (E1) und über eine sechste Welle (6) mit dem Planetenradträger (PT2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) verbunden ist.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verblocken des zweiten Planetenradsatzes (RS2) der Planetenradträger (PT2) über eine sechste Welle (6) bei geschlossener zweiten Alternative des fünften Schaltelements (E2) und über eine vierte Welle (4) mit dem Hohlrad (HR2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) verbunden ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (SR1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) zur Drehmomentübertragung über eine dritte Welle (3) bei geschlossenem ersten Schaltelement (A) mit dem Gehäuse (8) verbunden ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (HR1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) über eine dritte Welle (3) bei geschlossener erster Alternative des ersten Schaltelements (A1) zur Drehmomentübertragung mit einer sechsten Welle (6) verbunden ist, wobei das Sonnenrad (SR1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) mit einer gehäusefesten Anbindung (0) versehen ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradträger (PT1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) über eine dritte Welle (3) bei geschlossener zweiter Alternative des ersten Schaltelements (A2) zur Drehmomentübertragung mit der zweiten Welle (2) verbunden ist, wobei das Sonnenrad (SR1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) mit einer gehäusefesten Anbindung (0) versehen ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (SR4) des vierten Planetenradsatzes (RS4) zur Drehmomentübertragung über eine siebte Welle (7) bei geschlossenem vierten Schaltelement (D) mit dem Gehäuse (8) verbunden ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (HR4) des vierten Planetenradsatzes (RS4) über eine siebente Welle (7) bei geschlossener erster Alternative des vierten Schaltelements (D1) zur Drehmomentübertragung mit einer sechsten Welle (6) verbunden ist, wobei das Sonnenrad (SR4) des vierten Planetenradsatzes (RS4) mit einer gehäusefesten Anbindung (0) versehen ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradträger (PT4) des vierten Planetenradsatzes (RS4) über eine siebente Welle (7) bei geschlossener zweiter Alternative des vierten Schaltelements (D2) zur Drehmomentübertragung mit der ersten Welle (1) verbunden ist, wobei das Sonnenrad (SR4) des vierten Planetenradsatzes (RS4) mit einer gehäusefesten Anbindung (0) versehen ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes als Bremse ausgeführtes Schaltelement (A) im geschlossenen Zustand die Welle (3) mit dem Gehäuse (8) verbindet.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Alternative des als Kupplung ausgeführten ersten Schaltelements (A1) im geschlossenen Zustand die dritte Welle (3) mit der sechsten Welle (6) verbindet.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Alternative des als Kupplung ausgeführten ersten Schaltelements (A2) im geschlossenen Zustand die zweite Welle (2) mit der dritten Welle (3) verbindet.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites als Bremse ausgeführtes Schaltelement (B) im geschlossenen Zustand die vierte Welle (4) mit dem Gehäuse (8) verbindet.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes als Bremse ausgeführtes Schaltelement (C) im geschlossenen Zustand die fünfte Welle (5) mit dem Gehäuse (8) verbindet.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vierte als Bremse ausgeführte Schaltelement (D) im geschlossenen Zustand die siebente Welle (7) mit dem Gehäuse (8) verbindet.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Alternative des als Kupplung ausgeführten vierten Schaltelements (D1) im geschlossenen Zustand die sechste Welle (6) mit der siebenten Welle (7) verbindet.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Alternative des als Kupplung ausgeführten vierten Schaltelements (D2) im geschlossenen Zustand die erste Welle (1) mit der siebenten Welle (7) verbindet.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das als Kupplung ausgeführte fünfte Schaltelement (E) im geschlossenen Zustand die erste Welle (1) mit der vierten Welle (4) verbindet.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Alternative des als Kupplung ausgeführten fünften Schaltelements (E1) im geschlossenen Zustand die erste Welle (1) mit der sechsten Welle (6) verbindet.
Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Alternative des als Kupplung ausgeführten fünften Schaltelements (E2) im geschlossenen Zustand die vierte Welle (4) mit der sechsten Welle (6) verbindet.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein sechstes als Kupplung ausgeführtes Schaltelement (F) im geschlossenen Zustand die erste Welle (1) mit der fünften Welle (5) verbindet.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine elektrische Maschine (EM) vorgesehen ist, deren Antriebswelle (9) achsparallel zu einer Eingangswellenachse (I) der ersten Welle (1) angeordnet ist, wobei die Antriebswelle (9) der elektrischen Maschine (EM) direkt oder über zumindest eine Stirnradstufe (ST) mit der ersten Welle (1) verbunden ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine elektrische Maschine (EM) vorgesehen ist, deren Antriebswelle oder deren Rotor (10) koaxial zu der Eingangswellenachse (I) der ersten Welle (1) angeordnet ist, wobei die Antriebswelle oder der Rotor (10) der elektrischen Maschine (EM) direkt oder über eine weitere Übersetzung mit der ersten Welle (1) verbunden oder verbindbar ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schalten des ersten Vorwärtsganges (G1) das erste Schaltelement (A) oder die erste Alternative des ersten Schaltelements (A1) oder die zweite Alternative des ersten Schaltelements (A2) und das zweite Schaltelement (B) geschlossen sind, dass zum Schalten des zweiten Vorwärtsganges (G2) das erste Schaltelement (A) oder die erste Alternative des ersten Schaltelements (A1) oder die zweite Alternative des ersten Schaltelements (A2) und das dritte Schaltelement (C) geschlossen sind, dass zum Schalten des dritten Vorwärtsganges (G3) das erste Schaltelement (A) oder die erste Alternative des ersten Schaltelements (A1) oder die zweite Alternative des ersten Schaltelements (A2) und das sechste Schaltelement (F) geschlossen sind, dass zum Schalten des vierten Vorwärtsganges (G4) das erste Schaltelement (A) oder die erste Alternative des ersten Schaltelements (A1) oder die zweite Alternative des ersten Schaltelements (A2) und das fünfte Schaltelement (E) oder die erste Alternative des fünften Schaltelements (E1) oder die zweite Alternative des fünften Schaltelements (E2) geschlossen sind, das zum Schalten des fünften Vorwärtsganges (G5) das fünfte Schaltelement (E) oder die erste Alternative des fünften Schaltelements (E1) oder die zweite Alternative des fünften Schaltelements (E2) und das sechste Schaltelement (F) geschlossen sind, dass zum Schalten des sechsten Vorwärtsganges (G6) das dritte Schaltelement (C) und das fünfte Schaltelement (E) oder die erste Alternative des fünften Schaltelements (E1) oder die zweite Alternative des fünften Schaltelements (E2) geschlossen sind, dass zum Schalten des siebten Vorwärtsganges (G7) das vierte Schaltelement (D) oder die erste Alternative des vierten Schaltelements (D1) oder die zweite Alternative des vierten Schaltelements (D2) und das sechste Schaltelement (F) geschlossen sind, dass zum Schalten des achten Vorwärtsganges (G8) das dritte Schaltelement (C) und das vierte Schaltelement (D) oder die erste Alternative des vierten Schaltelements (D1) oder die zweite Alternative des vierten Schaltelements (D2) geschlossen sind, und dass zum Schalten des Rückwärtsganges (R) das zweite Schaltelement (B) und das sechste Schaltelement (F) geschlossen sind.