Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe, insbesondere ein Automatgetriebe für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .

Automatgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, umfassen nach dem Stand der Technik Planetenradsätze, die mittels Reibungs- bzw. Schaltelementen, wie etwa Kupplungen und Bremsen, geschaltet werden und üblicherweise mit einem einer Schlupfwirkung unterliegenden und wahlweise mit einer Überbrückungskupplung versehenen Anfahrelement, wie etwa einem hydrodynamischen Drehmomentwandler oder einer Strömungskupplung, verbunden sind.

Derartige Automatgetriebe sind im Stand der Technik vielfach beschrieben und unterliegen einer permanenten Weiterentwicklung und Verbesserung. So sollen diese Getriebe eine ausreichende Anzahl von Vorwärtsgängen sowie mindestens einen Rückwärtsgang und eine für Kraftfahrzeuge sehr gut geeignete Übersetzung mit einer hohen Gesamtspreizung sowie günstigen Stufensprüngen aufweisen. Ferner sollen diese eine hohe Anfahrübersetzung in Vorwärtsrichtung ermöglichen und einen Direktgang enthalten. Zudem sollen Automatgetriebe einen geringen Bauaufwand und eine geringe Anzahl an Schaltelementen erfordern, wobei bei sequentieller Schaltweise jeweils nur ein Schaltelement zugeschaltet und ein Schaltelement abgeschaltet werden soll.

Ein derartiges Automatgetriebe ist beispielsweise aus der DE 199 12 480 B4 der Anmelderin bekannt. Es umfasst drei Einsteg-Planetenradsätze sowie drei Bremsen und zwei Kupplungen zum Schalten von sechs Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang, eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle, wobei der Steg des ersten Planetenradsatzes mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes und der Steg des zweiten Planetenradsatzes mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes ständig verbunden ist und die Antriebswelle direkt mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist. Ferner ist bei dem bekannten Getriebe vorgesehen, dass die Antriebswelle über die erste Kupplung mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes und über die zweite Kupplung mit dem Steg des ersten Planetensatzes verbindbar ist, wobei das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes über die erste Bremse mit einem Gehäuse des Getriebes verbindbar ist und der Steg des ersten Planetenradsatzes über die zweite Bremse mit dem Gehäuse des Getriebes verbindbar ist, wobei das Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes über die dritte Bremse mit dem Gehäuse des Getriebes verbindbar ist. Die Abtriebswelle des Getriebes ist mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes und dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes ständig verbunden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehrstufengetriebe anzugeben, welches axial betrachtet einen geringen Bauraumbedarf aufweist, so dass ein Einbau des Getriebes und optional eine Hybridisierung des Getriebes als Front-Quer-System ermöglicht wird. Zudem soll der Wirkungsgrad hinsichtlich der Schlepp- und Verzahnungsverluste verbessert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Demnach wird ein Mehrstufengetriebe vorgeschlagen, welches einen Antrieb und einen Abtrieb aufweist, welche in einem Gehäuse angeordnet sind. Des Weiteren umfasst das Getriebe drei Planetenradsätze, im Folgenden als erster, zweiter und dritter Planetenradsatz bezeichnet, mindestens neun drehbare Wellen - im Folgenden als Antriebswelle, Abtriebswelle, dritte, vierte, fünfte, sechste, siebte, achte und neunte Welle bezeichnet -, eine erste und eine zweite Stirnradstufe in Verbindung mit einer parallel zur Längsachse der Planetenradsätze angeordneten Vorgelegewelle, die als Abtriebswelle des Getriebes dient, und fünf Schaltelemente, umfassend eine Bremse und Kupplungen, deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle bewirkt, so dass vorzugsweise acht Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar sind. Die Planetenradsätze sind vorzugsweise als Minus-Planetenradsätze ausgebildet. Ein einfacher Minus-Planetenradsatz umfasst bekanntlich ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, an dem Planetenräder drehbar gelagert sind, die jeweils mit Sonnenrad und Hohlrad kämmen. Hierdurch weist das Hohlrad bei festgehaltenem Steg eine zum Sonnenrad entgegengesetzte Drehrichtung auf. Demgegenüber umfasst ein einfacher Plus-Planetenradsatz ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, an dem innere und äußere Planetenräder drehbar gelagert sind, wobei alle inneren Planetenräder mit dem Sonnenrad und alle äußeren Planetenräder mit dem Hohlrad kämmen, wobei jedes innere Planetenrad mit jeweils einem äußeren Planetenrad kämmt. Hierdurch weist das Hohlrad bei festgehaltenem Steg die gleiche Drehrichtung auf wie das Sonnenrad und es ergibt sich eine positive Standgetriebeübersetzung.

Des Weiteren sind vorzugsweise zwei der Planetenradsätze des Getriebes radial betrachtet übereinander angeordnet, was darin resultiert, dass eine sehr kurze Baulänge erzielt wird, wodurch das Getriebe in PKWs in Front-Quer-Bauweise eingebaut werden kann.

In vorteilhafter Weise ist der zweite Planetenradsatz radial betrachtet über dem ersten Planetenradsatz angeordnet, wobei die Planetenradsätze axial betrachtet in der Reihenfolge erster Planetenradsatz/zweiter Planetenradsatz, dritter Planetenradsatz angeordnet sind. Im Rahmen weiterer Ausführungsformen der Erfindung kann die axiale Reihenfolge der Planetenradsätze beliebig sein; zudem können die Planetenradsätze axial betrachtet hintereinander angeordnet sein.

Gemäß der Erfindung ist die Antriebswelle mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes verbunden und über eine erste Kupplung mit der fünften Welle lösbar verbindbar, welche über eine zweite Kupplung mit der mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbundenen achten Welle lösbar verbindbar ist und über eine dritte Kupplung mit der mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes verbundenen neunten Welle lösbar verbindbar ist. Das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes ist mit der mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbundenen sechsten Welle verbunden, wobei der Steg des zweiten Planetenradsatzes mit der vierten Welle verbunden ist, die über die erste Stirnradstufe mit der Abtriebswelle verbunden ist.

Anstatt oder zusätzlich zu der ersten Stirnradstufe kann die vierte Welle mittels einer Kette, einen Riemen oder einem oder mehreren sonstiges Bauteil mit der Abtriebswelle über zumindest eine Kupplung lösbar verbindbar sein.

Ferner ist der Steg des dritten Planetenradsatzes mit der siebten Welle verbunden, die über die zweite Stirnradstufe mit der Abtriebswelle des Getriebes verbunden ist.

Anstatt oder zusätzlich zu der zweiten Stirnradstufe kann die vierte Welle mittels einer Kette, einen Riemen oder einem oder mehreren sonstiges Bauteil mit der Abtriebswelle über zumindest eine Kupplung lösbar verbindbar sein.

Die dritte Welle des Getriebes ist mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes und dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes verbunden und über die Bremse an das Gehäuse des Getriebes ankoppelbar.

Erfindungsgemäß ist eine vierte Kupplung vorgesehen, durch deren Schließen der zweite Planetensatz verblockbar ist. Die vierte Kupplung ist als Kupplung ausgeführt, welche die sechste Welle mit der fünften Welle lösbar verbindet, so dass die Verblockung des zweiten Planetenradsatzes durch eine Koppelung des Hohlrades des zweiten Planetenradsatzes mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes erfolgen kann.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Mehrstufengetriebes ergeben sich insbesondere für Personenkraftwagen geeignete Übersetzungen sowie eine erhöhte Gesamtspreizung des Mehrstufengetriebes, wodurch eine Verbesserung des Fahrkomforts und eine signifikante Verbrauchsabsenkung bewirkt werden. Darüber hinaus wird mit dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe durch eine geringe Anzahl an Schaltelementen der Bauaufwand erheblich reduziert. In vorteilhafter Weise ist es mit dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe möglich, ein Anfahren mit einem hydrodynamischen Wandler, einer externen Anfahrkupplung oder auch mit sonstigen geeigneten externen Anfahrelementen durchzuführen. Es ist auch denkbar, einen Anfahrvorgang mit einem im Getriebe integrierten Anfahrelement zu ermöglichen. Vorzugsweise eignet sich ein Schaltelement, welches im ersten Vorwärtsgang und im Rückwärtsgang betätigt wird.

Des Weiteren ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe ein guter Wirkungsgrad in den Hauptfahrgängen bezüglich der Schlepp- und Verzahnungsverluste.

Ferner liegen geringe Drehmomente in den Schaltelementen und in den Planetenradsätzen des Mehrstufengetriebes vor, wodurch der Verschleiß in vorteilhafter Weise reduziert wird. Zudem wird durch die geringen Drehmomente eine entsprechend geringe Dimensionierung ermöglicht, wodurch der benötigte Bauraum und die entsprechenden Kosten reduziert werden. Darüber hinaus liegen auch geringe Drehzahlen bei den Wellen, den Schaltelementen und den Planetenradsätzen vor.

Außerdem ist das erfindungsgemäße Getriebe derart konzipiert, dass der Bauraumbedarf axial betrachtet gering ist, wodurch eine Hybridisierung des Getriebes als Front-Quer-System ermöglicht wird.

Außerdem ist das erfindungsgemäße Getriebe derart konzipiert, dass der Bauraumbedarf axial betrachtet gering ist, wodurch eine Hybridisierung des Getriebes als Front-Quer-System ermöglicht wird.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. In diesen stellen dar:

Figur 1 : eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes; und Figur 2: ein beispielhaftes Schaltschema für ein Mehrstufengetriebe gemäß Figur 1 .

In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe dargestellt, mit einem ersten Planetenradsatz P1 , einem zweiten Planetenradsatz P2 und einem dritten Planetenradsatz P3, einer ersten Stirnradstufe S1 und einer zweiten Stirnradstufe S2 in Verbindung mit einer parallel zur Längsachse der koaxial zueinander angeordneten Planetenradsätze P1 , P2, P3 angeordnete Vorgelegewelle, die als Abtriebswelle 2 des Getriebes dient, die in einem Gehäuse G angeordnet sind.

Bei dem gezeigten Beispiel ist der zweite Planetenradsatz P2 radial betrachtet über dem ersten Planetensatz P1 angeordnet, wodurch die Baulänge des Getriebes in vorteilhafter Weise reduziert wird. Die Planetenradsätze P1 , P2, P3 sind axial betrachtet in der Reihenfolge erster Planetenradsatz P1 /zweiter Planetenradsatz P2, dritter Planetenradsatz P3 angeordnet.

Hierbei kann zumindest ein Planetenradsatz des Getriebes als Plus- Planetenradsatz ausgeführt sein, wenn gleichzeitig die Steg- und Hohlradanbindung getauscht und der Betrag der Standgetriebeübersetzung im Vergleich zu der Ausführung als Minus-Planetenradsatz um 1 erhöht wird.

Wie aus Figur 1 ersichtlich, sind fünf Schaltelemente, nämlich eine Bremse 03 und vier Kupplungen 15, 58, 59 und 56 vorgesehen. Die räumliche Anordnung der Schaltelemente kann beliebig sein und wird nur durch die Abmessungen und die äußere Formgebung begrenzt. Die Kupplungen und die Bremse des Getriebes sind vorzugsweise als Reibschaltelemente bzw. Lamellenschaltelemente ausgeführt.

Mit diesen Schaltelementen ist ein selektives Schalten von acht Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang realisierbar. Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe weist insgesamt mindestens neun drehbare Wellen auf, wobei die Antriebswelle die erste Welle 1 und die Abtriebswelle die zweite Welle 2 des Getriebes bilden. Erfindungsgemäß ist bei dem Mehrstufengetriebe gemäß Figur 1 vorgesehen, dass die Antriebswelle 1 mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes P1 verbunden und über eine erste Kupplung 15 mit der fünften Welle 5 lösbar verbindbar ist, welche über eine dritte Kupplung mit der mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes P3 verbundenen neunten Welle 9 lösbar verbindbar ist und über eine zweite Kupplung 58 mit der mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes P2 verbundenen achten Welle 8 lösbar verbindbar ist, wobei das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes P1 mit der mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes P2 verbundenen sechsten Welle 6 verbunden ist. Die dritte Welle 3 des Getriebes ist mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes P1 und dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes P3 verbunden und über die Bremse 03 an das Gehäuse G des Getriebes ankoppelbar.

Bezugnehmend auf Figur 1 ist der Steg des zweiten Planetenradsatzes P2 mit der vierten Welle 4 verbunden, welche mit einem ersten Stirnrad ST1 der ersten Stirnradstufe S1 verbunden ist, deren zweites Stirnrad ST2 mit der Abtriebswelle 2 verbunden ist.

Ferner ist der Steg des dritten Planetenradsatzes P3 mit der siebten Welle 7 verbunden, welche mit einem ersten Stirnrad ST3 der zweiten Stirnradstufe S2 verbunden ist, deren zweites Stirnrad ST4 mit der Abtriebswelle 2 verbunden ist.

Des Weiteren ist bei dem erfindungsgemäßen Getriebe eine vierte Kupplung 56 vorgesehen, welche die sechste Welle 6 mit der fünften Welle 5 lösbar verbindet. Hierbei können die erste, zweite, dritte und vierte Kupplung 15, 58, 59, 56 axial betrachtet nebeneinander angeordnet sein.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ist dem Getriebe eine weitere Stirnradstufe S3 nachgeschaltet, welche mit einem Differentialgetriebe D des Fahrzeugs verbunden ist.

Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können lediglich die zweite Kupplung 58 und die dritte Kupplung 59 als dauerschlupffähige Reibschaltelemente ausgeführt sein, wodurch Drehungleichförmigkeitsgegenmaß- nahmen entfallen.

In Figur 2 ist ein beispielhaftes Schaltschema eines Mehrstufengetriebes gemäß Figur 1 dargestellt. Für jeden Gang werden drei Schaltelemente geschlossen. Dem Schaltschema können die jeweiligen Übersetzungen i der einzelnen Gangstufen und die daraus zu bestimmenden Gangsprünge bzw. Stufensprünge φ zum nächst höheren Gang beispielhaft entnommen werden, wobei der Wert 8,040 die Spreizung des Getriebes darstellt.

Die Werte für die Standgetriebeübersetzungen der als Minus-Planetenradsätze ausgeführten Planetenradsätze P1 , P2, P3 sind bei dem gezeigten Beispiel jeweils -1 ,720, -1 ,630 und -1 ,580, wobei die Übersetzungen der ersten und zweiten Stirnradstufe S1 , S2 jeweils 1 ,000 und 1 ,970 betragen. Aus Figur 3 wird ersichtlich, dass bei sequentieller Schaltweise jeweils nur ein Schaltelement zugeschaltet und ein Schaltelement abgeschaltet werden muss, da zwei benachbarte Gangstufen zwei Schaltelemente gemeinsam benutzen. Ferner wird ersichtlich, dass eine große Spreizung bei kleinen Gangsprüngen erzielt wird.

Der erste Vorwärts-Gang ergibt sich durch Schließen der Bremse 03 und der ersten und dritten Kupplung 15, 59, der zweite Vorwärts-Gang durch Schließen der Bremse 03 und der dritten und vierten Kupplung 59, 56, der dritte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten, dritten und vierten Kupplung 15, 59, 56, der vierte Vorwärts-Gang durch Schließen der zweiten, dritten und vierten Kupplung 58, 59, 56, der fünfte Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten, zweiten und dritten Kupplung 15, 58, 59, der als Direktgang ausgeführte sechste Vorwärts-Gang durch Schließen der ersten, zweiten und vierten Kupplung 15, 58, 56, der siebte Vorwärts- Gang durch Schließen der Bremse 03 und der ersten und zweiten Kupplung 15, 58 und der achte Vorwärts-Gang ergibt sich durch Schließen der Bremse 03 und der zweiten und vierten Kupplung 58, 56, wobei sich der Rückwärtsgang durch Schließen der Bremse 03 und der zweiten und dritten Kupplung 58, 59 ergibt. Dadurch, dass im ersten Vorwärts- Gang und im Rückwärtsgang die Bremse 03 und die dritte Kupplung 59 geschlossen sind, können diese Schaltelemente als Anfahrelemente eingesetzt werden.

Gemäß der Erfindung ergeben sich auch bei gleichem Getriebeschema je nach Schaltlogik unterschiedliche Gangsprünge, so dass eine anwendungs- bzw. fahrzeugspezifische Variation ermöglicht wird.

Prinzipiell kann auf jeder Welle des erfindungsgemäßen Getriebes eine elektrische Maschine oder eine weitere Antriebsquelle angeordnet werden. Im Rahmen einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann eine elektrische Maschine vorgesehen sein, welche auf der Antriebswelle 1 angeordnet ist und mit der Antriebswelle 1 direkt verbunden ist. Hierbei kann eine fünfte Kupplung vorgesehen sein, durch die der Verbrennungsmotor vom Getriebe abgekoppelt werden kann, wodurch sämtliche Gänge des Getriebes in vorteilhafter Weise rein elektrisch gefahren werden können.

Alternativ zur direkten Verbindung der elektrischen Maschine mit der Antriebswelle kann die elektrische Maschine achsparallel zur Antriebswelle 1 angeordnet sein und über eine Radstufe oder einen Kettentrieb mit der Antriebswelle 1 verbunden sein, wobei optional eine fünfte Kupplung vorgesehen sein kann, durch die Verbrennungsmotor vom Getriebe abgekoppelt werden kann.

Erfindungsgemäß ist es möglich, an jeder geeigneten Stelle des Mehrstufengetriebes zusätzliche Freiläufe vorzusehen, beispielsweise zwischen einer Welle und dem Gehäuse oder um zwei Wellen gegebenenfalls zu verbinden.

Auf der Antriebsseite oder auf der Abtriebsseite können erfindungsgemäß ein Achsdifferential und/ oder ein Verteilerdifferential angeordnet werden.

Im Rahmen vorteilhafter Weiterbildungen kann die Antriebswelle 1 durch ein Kupplungselement von einem Antriebsmotor nach Bedarf getrennt werden, wobei als Kupplungselement ein hydrodynamischer Wandler, eine hydraulische Kupplung, eine trockene Anfahrkupplung, eine nasse Anfahrkupplung, eine Magnetpulverkupplung oder eine Fliehkraftkupplung einsetzbar sind. Es ist auch möglich, ein derartiges Anfahrelement in Kraftflussrichtung hinter dem Getriebe anzuordnen, wobei in diesem Fall die Antriebswelle 1 ständig mit der Kurbelwelle des Antriebsmotors verbunden ist.

Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe ermöglicht außerdem die Anordnung eines Torsionsschwingungsdämpfers zwischen Antriebsmotor und Getriebe.

Im Rahmen einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann auf jeder Welle, bevorzugt auf der Antriebswelle 1 oder der Abtriebswelle 2, eine verschleißfreie Bremse, wie z. B. ein hydraulischer oder elektrischer Retarder oder dergleichen, angeordnet sein, was insbesondere für den Einsatz in Nutzkraftfahrzeugen von besonderer Bedeutung ist. Des Weiteren kann zum Antrieb von zusätzlichen Aggregaten auf jeder Welle, bevorzugt auf der Antriebswelle 1 oder der Abtriebswelle 2, ein Nebenabtrieb vorgesehen sein.

Die eingesetzten Reibschaltelemente können als lastschaltbare Kupplungen oder Bremsen ausgebildet sein. Insbesondere können kraftschlüssige Kupplungen oder Bremsen, wie z. B. Lamellenkupplungen, Bandbremsen und/ oder Konuskupplungen, verwendet werden. Ferner können die eingesetzten Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sein.

Bezuqszeichen

1 erste Welle, Antriebswelle

zweite Welle, Abtriebswelle

dritte Welle

vierte Welle

5 fünfte Welle

6 sechste Welle

7 siebte Welle

8 achte Welle

9 neunte Welle

03 Bremse

15 erste Kupplung

56 vierte Kupplung

58 zweite Kupplung

59 dritte Kupplung

D Differentialgetriebe

G Gehäuse

P1 erster Planetenradsatz

P2 zweiter Planetenradsatz

P3 dritter Planetenradsatz

S1 erste Stirnradstufe

S2 zweite Stirnradstufe

S3 dritte Stirnradstufe

ST1 erstes Stirnrad der ersten Stirnradstufe S1

ST2 zweites Stirnrad der ersten Stirnradstufe S1

ST3 erstes Stirnrad der zweiten Stirnradstufe S2

ST4 zweites Stirnrad der zweiten Stirnradstufe S2 i Übersetzung

Φ Stufensprung