insbesondere Automatqethebe für ein Kraftfahrzeug

Die vorliegende Erfindung betrifft ein lastschaltbares Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere ein Automatget ebe 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.

Automatisch schaltbare Fahrzeuggetriebe in Planetenbauweise im Allgemeinen sind im Stand der Technik bereits vielfach beschrieben und unterliegen einer permanenten Weiterentwicklung und Verbesserung. So sollen diese Getriebe einen geringen Bauaufwand, insbesondere eine geringe Anzahl an Schaltelementen, erfordern und bei sequentieller Schaltweise Doppelschaltungen, d.h. ein Zu- bzw. Abschalten von zwei Schaltelementen vermeiden, so dass bei Schaltungen in definierten Ganggruppen jeweils nur ein Schaltelement gewechselt wird. Ferner soll mittels derartiger Getriebe der Spritverbrauch gesenkt werden, was einerseits durch Reduzierung der internen Getriebeverluste und andererseits durch Betreiben des Verbrennungsmotors im idealen Betriebspunkt erfolgen kann.

Aus der US 6,716,133 B2 geht ein lastschaltbares Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise hervor, umfassend drei Planetenradsätze und vier Schaltelemente, wobei ein Element eines der Planeten radsätze an das Gehäuse des Getriebes gekoppelt ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein lastschaltbares Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere ein Automatgetriebe für ein Kraftfahrzeug anzugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Demnach wird ein erfindungsgemäßes lastschaltbares Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise vorgeschlagen, welches einen Antrieb und einen Abtrieb aufweist, die in einem Gehäuse angeordnet sind. Des Weiteren sind drei Planetenradsätze, im Folgenden als erster, zweiter und dritter Planetenradsatz bezeichnet, die jeweils ein erstes Element, ein zweites Element und ein drittes Element aufweisen, sechs drehbare Wellen - im Folgenden als Antriebswelle, Abtriebswelle, dritte, vierte, fünfte und sechste Welle bezeichnet - sowie vier Kupplungen vorgesehen, deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb bewirkt.

Gemäß der Erfindung ist das dritte Element des ersten Planetenradsatzes mit der Antriebswelle des Getriebes drehfest verbunden, wobei die dritte Welle mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes und dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes drehfest verbunden und über eine dritte Kupplung mit der mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbundenen sechsten Welle lösbar verbindbar ist, welche über eine vierte Kupplung mit der mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes drehfest verbundenen vierten Welle lösbar verbindbar ist, wobei die vierte Welle über eine zweite Kupplung mit der mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbundenen Abtriebswelle lösbar verbindbar ist.

Ferner ist die fünfte Welle des Getriebes mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes und dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden, wobei das zweite Element des dritten Planetenradsatzes an das Gehäuse gekoppelt ist.

Gemäß der Erfindung ist eine erste Kupplung vorgesehen, durch deren Schließen der erste Planetenradsatz verblockbar ist. Die erste Kupplung kann als Kupplung ausgeführt sein, die die Abtriebswelle mit der dritten Welle und somit das dritte Element des ersten Planetenradsatzes mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes lösbar verbindet oder als Kupplung ausgeführt sein, welche die dritte Welle mit der fünften Welle und somit das erste Element des ersten Planetenradsatzes mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes lösbar verbindet oder als Kupplung ausgeführt sein, welche die Antriebswelle mit der fünften Welle und somit das dritte Element des ersten Planetenradsatzes mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes lösbar verbindet.

Gemäß der Erfindung ist das erste Element durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet, wobei das zweite Element im Falle eines Minus- Planetenradsatzes durch einen Steg und im Falle eines Plus-Planetenradsatzes Radsatzes durch ein Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet ist. Ferner ist das dritte Element im Falle eines Minus-Planetenradsatzes durch das Hohlrad und im Falle eines Plus-Planetenradsatzes durch den Steg des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet.

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.

Die Planetenradsätze des Getriebes sind vorzugsweise als

Minus-Planetenradsätze ausgebildet. Gemäß der Erfindung kann im Rahmen funktionsgleicher Varianten zumindest einer der als Minus-Planetenradsätze ausgeführten Planetenradsätze 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.

Bei dem erfindungsgemäßen Getriebe sind die erste, dritte und vierte Kupplung als Reibschaltelemente bzw. Lamellenschaltelemente ausgeführt, wobei die zweite Kupplung als Lamellenschaltelement oder als formschlüssiges Schaltelement, beispielsweise als Klaue oder Synchronisierung ausgeführt sein kann.

Ferner kann dem Getriebe ein so genannter Hybridkopf vorgeschaltet sein, nämlich eine Drehmomentüberlagerungsbaugruppe, die mindestens einen ersten Eingang und einen zweiten Eingang für Antriebsvorrichtungen und mindestens einen Ausgang aufweist. Hierbei kann z.B. mit dem ersten Eingang ein Verbrennungsmotor gekoppelt sein, wobei mit dem zweiten Eingang ein Rotor einer elektrischen Maschine gekoppelt sein kann und wobei mit dem Ausgang eine Getriebeeingangswelle des Getriebes gekoppelt sein kann. Im Rahmen weiterer Ausgestaltungen kann dem Getriebe eine Drehschwingungs-Entkopplungseinheit, beispielsweise ein Zweimassenschwungrad vorgeschaltet sein.

In vorteilhafter Weise kann das Getriebe auf einfache Weise hybridisiert werden, wenn auf einer der Wellen des Getriebes, vorzugsweise jedoch auf der Antriebswelle eine elektrische Maschine angeordnet ist.

Die Planetenradsätze können axial betrachtet antriebsseitig in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb des Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs, welches das erfindungsgemäße Getriebe umfasst, in der Reihenfolge erster Planetenradsatz, zweiter Planetenradsatz, dritter Planetenradsatz angeordnet sein, wobei dadurch eine Front-Quer- oder Heck-Quer-Anordnung ermöglicht wird. Es ist auch möglich, die Planetenradsätze axial betrachtet antriebsseitig in Kraftflussrichtung im

Zugbetrieb des Verbrennungsmotors, welches das erfindungsgemäße Getriebe umfasst, in der Reihenfolge erster Planetenradsatz, dritter Planetenradsatz, zweiter Planetenradsatz anzuordnen, wobei dadurch eine Standard-Anordnung, d.h. eine koaxiale Bauweise von Antriebswelle und Abtriebswelle ermöglicht wird. Bei dem erfindungsgemäßen Getriebe sind fünf Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Mehrstufengetriebes ergeben sich insbesondere für Personenkraftwagen geeignete Übersetzungen sowie eine erhöhte Gesamtspreizung, wodurch eine Verbesserung des Fahrkomforts und eine signifikante Verbrauchsabsenkung bewirkt werden.

Darüber hinaus wird mit dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe durch eine geringe Anzahl an Schaltelementen und Planetenradsätzen der Bauaufwand erheblich reduziert. Des Weiteren ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe ein guter Wirkungsgrad in den Hauptfahrgängen bezüglich der Schlepp- und Verzahnungsverluste.

Außerdem ist das erfindungsgemäße Getriebe derart konzipiert, dass eine Anpassbarkeit an unterschiedliche Triebstrangausgestaltungen sowohl in Kraftflussrichtung als auch in räumlicher Hinsicht ermöglicht wird.

Zum Anfahren kann dem Getriebe ein zusätzliches Anfahrelement, beispielsweise ein Drehmomentwandler oder eine trockene oder nasse Anfahrkupplung vorgeschaltet sein, wobei alternativ ein oder zwei getriebeinterne Schaltelemente, insbesondere ein im ersten Vorwärtsgang und/oder im Rückwärtsgang geschlossenes Schaltelement, als Anfahrelement dienen können.

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

Fig. 1 : eine schematische Ansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;

Fig. 2: ein beispielhaftes Schaltschema für ein Mehrstufengetriebe gemäß Fig. 1 ; Fig. 3: eine schematische Ansicht einer zweiten bevorzugten Ausfüh- rungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;

Fig. 4: eine schematische Ansicht einer dritten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;

Fig. 5: eine schematische Ansicht einer vierten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;

Fig. 6: eine schematische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes; und

Fig. 7: eine schematische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe mit einer Antriebswelle 1 , einer Abtriebswelle 2 und drei Planetenradsätzen RS1 , RS2 und RS3, die jeweils ein erstes Element, ein zweites Element und ein drittes Element aufweisen, dargestellt, welche in einem Gehäuse G angeordnet sind. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel sind die Planetenradsätze als Minus-Planetenradsätze ausgebildet, wobei das erste Element durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes, das zweite Element durch einen Steg und das dritte Element durch ein Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet ist.

Gemäß der Erfindung kann im Rahmen funktionsgleicher Varianten zumindest einer der gemäß Fig. 1 als Minus-Planetenradsätze ausgeführten Planetenradsätze als Plus-Planetenradsatz ausgeführt sein, wenn gleichzeitig die Steg- und Hohl- radanbindung getauscht und der Betrag der Standgetriebeübersetzung im Vergleich zu der Ausführung als Minus-Planetenradsatz um 1 erhöht wird.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Planetenradsätze RS1 , RS2, RS3 axial betrachtet antriebsseitig in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb des

Verbrennungsmotors in der Reihenfolge erster Planetenradsatz RS1 , dritter Planetenradsatz RS3, zweiter Planetenradsatz RS2 angeordnet, wodurch eine Standard-Anordnung ermöglicht wird. Gemäß der Erfindung sind die axiale Reihenfolge der einzelnen Planetenradsätze und die Anordnung der Schaltelemente frei wählbar, solange es die Bindbarkeit der Elemente zulässt.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind vier Schaltelemente, nämlich vier Kupplungen 13, 24, 36, 46 vorgesehen.

Die räumliche Anordnung der Schaltelemente kann beliebig sein und wird nur durch die Abmessungen und die äußere Formgebung begrenzt.

Mit diesen Schaltelementen ist ein selektives Schalten von fünf Vorwärtsgängen realisierbar. Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe weist insgesamt sechs drehbare Wellen auf, die im Folgenden als Antriebswelle, Abtriebswelle, dritte, vierte, fünfte und sechste Welle bezeichnet werden, wobei die Antriebswelle die erste Welle 1 und die Abtriebswelle die zweite Welle 2 des Getriebes bilden.

Erfindungsgemäß ist bei dem Mehrstufengetriebe gemäß Fig. 1 vorgesehen, dass das dritte Element des ersten Planetenradsatzes RS1 mit der Antriebswelle 1 drehfest verbunden ist, wobei die dritte Welle 3 mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes RS1 und dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes RS3 drehfest verbunden und über eine dritte Kupplung 36 mit der mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes RS2 drehfest verbundenen sechsten Welle 6 lösbar verbindbar ist, die über eine vierte Kupplung 46 mit der mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes RS3 drehfest verbundenen vierten Welle 4 lösbar verbindbar ist, wobei die vierte Welle 4 über eine zweite Kupplung 24 mit der mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes RS2 drehfest verbundenen Abtriebswelle 2 lösbar verbindbar ist.

Bezugnehmend auf Fig. 1 ist die fünfte Welle 5 mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes RS1 und dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes RS2 drehfest verbunden, wobei das zweite Element des dritten Planetenradsatzes RS3 an das Gehäuse G gekoppelt ist (Welle 0). Gemäß der Erfindung ist eine erste Kupplung vorgesehen, durch deren Schließen der erste Planetenradsatz RS1 verblockbar ist, welche bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel als Kupplung 13 ausgeführt ist, welche die Antriebswelle 1 mit der dritten Welle 3 lösbar verbindet.

Die Kupplungen des Getriebes sind vorzugsweise als Reibschaltelemente bzw. Lamellenschaltelemente ausgeführt, wobei die zweite Kupplung als

formschlüssiges Schaltelement oder als Reibschaltelement ausgeführt sein kann.

In Fig. 2 ist ein beispielhaftes Schaltschema eines Mehrstufengetriebes gemäß Fig. 1 dargestellt. Das Mehrstufengetriebe weist fünf Vorwärtsgänge auf. Für jeden Vorwärtsgang werden zwei Schaltelemente geschlossen. Aus Fig. 2 wird ersichtlich, dass bei sequentieller Schaltweise jeweils nur ein Schaltelement zugeschaltet und ein Schaltelement abgeschaltet werden muss, da zwei benachbarte Gangstufen ein Schaltelement gemeinsam benutzen.

Der erste Vorwärtsgang des Getriebes ergibt sich durch Schließen der zweiten und dritten Kupplung 24, 36, der zweite Vorwärtsgang durch Schließen der zweiten und vierten Kupplung 24, 46, der dritte Vorwärtsgang durch Schließen der dritten und vierten Kupplung 36, 46, der vierte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten und vierten Kupplung 13, 46 und der fünfte Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen der ersten und dritten Kupplung 13, 36, wobei sich der Rückwärtsgang durch Schließen der ersten und zweiten Kupplung 13, 24 ergibt.

Da die zweite Kupplung 24 des Getriebes im ersten Vorwärtsgang und im Rückwärtsgang geschlossen ist, kann sie als Reibschaltelement ausgeführt als getriebeinternes Anfahrelement dienen. Alternativ können die dritte Kupplung 36 als getriebeinternes Anfahrelement im ersten Vorwärtsgang und die erste Kupplung 13 als getriebeinternes Anfahrelement für den Rückwärtsgang genutzt werden.

Das in Fig. 3 gezeigte funktionsgleiche Beispiel unterscheidet sich vom

Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 bei sonst unverändertem Aufbau dadurch, dass die erste Kupplung, durch deren Schließen der erste Planetenradsatz RS1 verblockbar ist, als Kupplung 35 ausgeführt ist, welche die dritte Welle 3 mit der fünften Welle 5 lösbar verbindet.

Ferner unterscheidet sich das in Fig. 4 gezeigte funktionsgleiche Beispiel vom Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bei sonst unverändertem Aufbau dadurch, dass die erste Kupplung, durch deren Schließen der erste Planetenradsatz verblockbar ist, als Kupplung 15 ausgeführt ist, welche die Antriebswelle 1 mit der fünften Welle 5 lösbar verbindet.

Das den Getrieben gemäß Figuren 3 und 4 entsprechende Schaltschema entspricht dem Schaltschema nach Fig. 2 mit dem Unterschied, dass das Bezugszeichen 13 für die erste Kupplung gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 durch das Bezugszeichen 35 für die erste Kupplung gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 bzw. durch das Bezugszeichen 15 für die erste Kupplung gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ersetzt wird.

Das in Fig. 5 gezeigte funktionsgleiche Beispiel unterscheidet sich vom

Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 lediglich dadurch, dass die Planetenradsätze des Getriebes axial betrachtet antriebsseitig in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb des Verbrennungsmotors, in der Reihenfolge erster Planetenradsatz RS1 , zweiter Planetenradsatz RS2, dritter Planetenradsatz RS3 angeordnet sind, wobei dadurch eine Front-Quer- oder Heck-Quer-Anordnung ermöglicht wird. Ferner entspricht das in Fig. 6 gezeigte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Getriebes dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, mit dem Unterschied, dass die Planetenradsätze des Getriebes axial betrachtet antriebsseitig in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb des Verbrennungsmotors, in der Reihenfolge erster Planetenradsatz RS1 , zweiter Planetenradsatz RS2, dritter Planetenradsatz RS3 angeordnet sind. Analog dazu unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 vom Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 lediglich dadurch, dass die Planetenradsätze axial betrachtet antriebsseitig in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb des Verbrennungsmotors, in der Reihenfolge erster Planetenradsatz RS1 , zweiter Planetenradsatz RS2, dritter Planetenradsatz RS3 angeordnet sind. Durch die Änderung der axialen Reihenfolge der Planetenradsätze bleiben die Schaltschemata unverändert.

Wie bereits ausgeführt, kann zumindest einer der bei den gezeigten Beispielen als Minus-Planetenradsätze ausgeführten Planetenradsätze des Getriebes als Plus-Planetenradsatz ausgeführt sein, wenn gleichzeitig die Steg- und Hohlradan- bindung getauscht und der Betrag der Standgetriebeübersetzung im Vergleich zu der Ausführung als Minus-Planetenradsatz um 1 erhöht wird. Für den Fall eines Plus- Planetenradsatzes ist das erste Element durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet, wobei das zweite Element durch ein Hohlrad und das dritte Element durch den Steg des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet ist.

Beispielsweise kann bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 der erste Planetenradsatz RS1 als Plus-Planetenradsatz ausgeführt sein, wenn bei sonst unverändertem Getriebeaufbau die Antriebswelle 1 mit dem Steg und die fünfte Welle 5 mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes RS1 drehfest verbunden sind. Um die gleichen Übersetzungen wie bei der Ausführung gemäß Fig. 1 bei sonst unverändertem Getriebeaufbau zu erzielen, wird der Betrag der Standgetriebeübersetzung des ersten Planetenradsatzes RS1 im Vergleich zu der Ausführung als Minus- Planetenradsatz um 1 erhöht.

Erfindungsgemäß ist es ferner optional 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 ein Achsdifferential und/oder ein Verteilerdifferential angeordnet werden. Bezuqszeichen erste Welle, Antriebswelle

zweite Welle, Abtriebswelle

dritte Welle

vierte Welle

fünfte Welle

sechste Welle

erste Kupplung

erste Kupplung

zweite Kupplung

erste Kupplung

dritte Kupplung

vierte Kupplung

Gehäuse

erster Planetenradsatz

zweiter Planetenradsatz

dritter Planetenradsatz