Mehrstufiges Planetenwechselgetriebe

Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges Planetenwechselgetriebe, insbesondere Fünfganggetriebe für ein Kraftfahrzeug, wobei im Leistungsfluss zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle ein erster Planetenradsatz, ein zweiter Planetenradsatz, ein dritter Planetenradsatz und ein vierter Planetenradsatz angeordnet sind, wobei jeder Planetenradsatz ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Pla- netenradträger aufweist, und wobei das erste Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes über eine erste Bremse abbrems- und/oder festhaltbar ist, und das zweite und dritte Sonnenrad des zweiten und dritten Planetenradsatzes mit der Antriebswelle verbunden sind, das zweite Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes mit einer zweiten Bremse, das dritte Hohlrad des dritten Planetenradsatzes mit einer dritten Bremse und der erste Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes mit dem zweiten Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden sind, der zweite Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes mit dem ersten Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und dem dritten Hohlrad des dritten Planetenradsatzes verbunden ist, das dritte Hohlrad des dritten Planetenradsatzes mit dem vierten Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes verbunden ist und der dritte Planetenradträger des dritten Planetenradsatzes mit der Abtriebswelle verbunden sind, mit einer ersten Kupplung, welche derart angeordnet ist, dass bei geschlossener ersten Kupplung zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle ein Übersetzungsverhältnis von 1 gegeben ist. Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben dieses Planetenwechselgetriebes.

Es sind mehrere Konzepte für Automatikgetriebe mit einem Planetenwechselgetriebe bekannt, die mit wenigen Planetenradsätzen eine geringe Anzahl an Gangstufen ermöglichen.

Aus der US 1,404,675 A ist ein Umlaufräderwechselgetriebe mit vier Planetenradsätzen bekannt, wobei zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle ein erster Planetenradsatz, ein zweiter Planetenradsatz, ein dritter Planetenradsatz und ein vierter Planetenradsatz koaxial hintereinander angeordnet und antriebsmäßig miteinander verbunden sind. Jeder Planetenradsatz weist ein Sonnenrad, - - ein Hohlrad und einen Planetenradträger auf. Das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes ist über eine Kupplung mit der Antriebswelle verbunden und kann über eine erste Bremse abgebremst oder festgehalten werden. Die Sonnenräder des zweiten und dritten Planetenradsatzes sind jeweils mit der Antriebswelle verbunden. Die Hohlräder des zweiten und dritten Planetenradsatzes sind mit je einer zweiten bzw. dritten Bremse und der Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes mit dem zweiten Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden. Der Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes ist mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes verbunden. Das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes ist mit dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes und der Planetenradträger des dritten Planetenradsatzes mit der Abtriebswelle verbunden. Das Hohlrad des vierten Planetenradsatzes ist mit einer vierten Bremse verbunden und abbremsbar. Mit diesem bekannten Umlaufräderwechselgetriebe lassen sich vier Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisieren, wobei der Rückwärtsgang durch den vierten Planetenradsatz und die vierte Bremse definiert wird.

Die DE 31 39 589 AI beschreibt ein mehrstufiges Planetenwechselgetriebe mit vier Planetenradsätzen, zwei Kupplungen und vier Bremsen, wobei die Einzelräder der Planetenradsätze gegenseitig durchgeschaltet und mittels der Bremsen mit dem Getriebegehäuse verbunden werden.

Die DE 42 38 025 AI zeigt ein Getriebe mit neun Vorwärtsgängen und mindestens einem Rückwärtsgang, welches mehrere koaxial hintereinander angeordnete Planetengetriebesätze enthält, welche antriebsmäßig verbunden sind. Eines der Planetengetriebe weist zwei Sätze aufgeteilte Planetenräder auf. Die Sonnenräder aller Planetengetriebesätze sind mit einer Antriebswelle verbindbar. Die Hohlräder aller Planetengetriebesätze können mit jeweils einer Bremse mit dem Getriebegehäuse verbunden werden.

Die US 4,070,927 A offenbart eine Planetengetriebeanordnung für einen Antriebsstrang mit vier Planetenradsätzen, wobei die Sonnenräder des ersten Planetenradsatzes mit der Antriebswelle und die Sonnenräder des zweiten, dritten und vierten Planetenradsatzes über eine erste Kupplung mit der Antriebswelle verbunden sind. Die Hohlräder der Planetenradsätze sind über eine Bremse fest mit einem Getriebegehäuse verbindbar. Der Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes ist mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes, der Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes ist mit der Antriebswelle über eine zweite Kupplung verbindbar und mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes und der Planetenradträger des dritten Planetenradsatzes mit dem Planetenradträger des vierten Planetenradsatzes und mit der Abtriebswelle verbunden. Mit diesem Getriebe lassen sich sieben Vorwärtsgänge realisieren. - -

Weitere Getriebeeinheiten mit vier koaxialen, hintereinander angeordneten und antriebsmäßig verbundenen Planetenradgetriebesätzen sind aus den Veröffentlichungen DE 10 2008 051 177 AI, DE 10 2008 063 699 AI, DE 10 2009 020 442 AI, DE 10 2011 013 906 AI und DE 2009 057 213 AI bekannt.

Bekannte Getriebe mit direktem Durchtrieb zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle weisen nur relativ geringe Getriebespreizungen und niedrige Übersetzungsstufen in den unteren Gängen auf, wodurch weitere Getriebestufen erforderlich werden können. Mit Getriebespreizung wird der Übersetzungsbereich des Getriebes, also das Verhältnis zwischen größter und kleinster Übersetzung bezeichnet. Zusätzliche Getriebestufen haben den Nachteil einer hohen Anzahl an Schaltelementen, insbesondere Kupplungen, was einen hohen Steuerungsaufwand erfordert.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit möglichst geringem Aufwand bei einem Planetenwechselgetriebe eine hohe Getriebespreizung und eine hohe Übersetzungsstufe zwischen dem ersten und dem zweiten Gang zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das vierte Hohlrad des vierten Planetenradsatzes mit der Abtriebswelle und der vierte Planetenradträger des vierten Planetenradsatzes mit einer vierten Bremse verbunden sind.

In einer ersten vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kupplung zwischen der Antriebswelle und dem erstem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes angeordnet ist. Dies ermöglicht die Übertragung von relativ niedrigen Drehmomenten von etwa 30% des Eingangsdrehmomentes.

In einer zweiten vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kupplung zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle oder dem dritten Planetenradträger des dritten Planetenradsatzes angeordnet ist. Dies ermöglicht die Übertragung von mittleren Drehmomenten von etwa 100% des Eingangsdrehmomentes.

In einer dritten vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kupplung zwischen dem ersten Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes oder dem zweiten Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes und der Antriebswelle angeordnet ist. Dies ermöglicht die Übertragung von niedrigen Drehmomenten von etwa 50% des Eingangsdrehmomentes.

In einer vierten vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kupplung zwischen dem ersten Hohlrad des ersten Planetenradsatzes oder - - dem zweiten Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes und der Antriebswelle angeordnet ist. Dies ermöglicht die Übertragung von mittleren Drehmomenten von etwa 70% des Eingangsdrehmomentes.

In einer fünften vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kupplung zwischen dem ersten Sonnenrad und dem ersten Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes oder dem zweiten Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes angeordnet ist. Dies ermöglicht die Übertragung von mittleren Drehmomenten von etwa 70% des Eingangsdrehmomentes.

In einer sechsten vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kupplung zwischen dem ersten Sonnenrad und dem ersten Hohlrad des ersten Planetenradsatzes oder dem zweiten Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes angeordnet ist. Dies ermöglicht die Übertragung von niedrigen Drehmomenten von etwa 50% des Eingangsdrehmomentes.

Alle diese Ausführungsvarianten erlauben eine einfache konstruktive Ausführbarkeit.

Günstigerweise ist zumindest eine der Bremsen der Planetenradsätze als Mehrscheiben-Lamellenbremse ausgebildet. Gleichermaßen kann die Kupplung als Mehrscheibenkupplung ausgebildet sein.

Mit dem beschriebenen Planetenwechselgetriebe lassen sich in jeder Ausführungsvariante fünf verschiedene Getriebeübersetzungen schalten, wobei einerseits insgesamt eine sehr hohe Getriebespreizung und andererseits hohe Übersetzungsverhältnisse zwischen benachbarten Gängen in niedrigen Gangstufen, insbesondere bei einem Schaltvorgang zwischen erstem und zweitem Gang, realisiert werden können. Weiters lässt sich ein hoher Getriebewirkungsgrad im schnellsten Gang erzielen.

Im Vergleich zur aus der US 1,404,675 A bekannten Getriebeanordnung können mit dem erfindungsgemäßen Planetenwechselgetriebe fünf Vorwärtsgänge realisiert werden, wobei der erste Gang einen Kriechgang mit einem besonders hohen Übersetzungsverhältnis darstellt.

Die Bremsen und die Kupplung können in Abhängigkeit der gewünschten Gangstufe bzw. des gewünschten Ganges - wie im Folgenden beschrieben - betätigt werden. Um den ersten Gang einzulegen werden gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren die vierte Bremse des vierten Planetenradsatzes geschlossen und die Bremsen der anderen Planetenradsätze, sowie die Kupplung, geöffnet. - -

Für die zweite Gangstufe werden die dritte Bremse des dritten Planetenradsatzes geschlossen und die Bremsen der anderen Planetenradsätze, sowie die Kupplung, geöffnet.

In einem dritten Gang werden die zweite Bremse des zweiten Planetenradsatzes geschlossen und die Bremsen der anderen Planetenradsätze, sowie die Kupplung, geöffnet. Analoges gilt für den vierten Gang, für welchen die erste Bremse des ersten Planetenradsatzes geschlossen und die Bremsen der anderen Planetenradsätze, sowie die Kupplung, geöffnet werden.

In Weiterführung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine fünfte Gangstufe eingelegt werden kann, indem die Kupplung geschlossen und die Bremsen der Planetenradsätze geöffnet werden. Kupplung geschlossen bedeutet dabei, dass die Antriebsverbindung zwischen der Antriebswelle und mit zumindest dem ersten Pla- netenradträger des ersten Planetenradsatzes hergestellt ist. Somit kann ein starrer direkter Durchtrieb zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle in der fünften Gangstufe ermöglicht werden.

Bei geöffneter Kupplung ist die Antriebsverbindung zwischen der Antriebswelle und dem ersten Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes unterbrochen.

Bei geschlossener erster Bremse wird das erste Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes, bei geschlossener zweiter Bremse wird das zweite Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes, bei geschlossener dritter Bremse wird das dritte Hohlrad des dritte Planetenradsatzes und bei geschlossener vierter Bremse wird der vierte Planetenradträger des vierten Planetenradsatzes abgebremst bzw. fixiert.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Figuren gezeigten nicht einschränkenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. Darin zeigen schematisch

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Planetenwechselgetriebe in einer ersten

Ausführungsvariante;

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Planetenwechselgetriebe in einer zweiten

Ausführungsvariante;

Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Planetenwechselgetriebe in einer dritten

Ausführungsvariante;

Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Planetenwechselgetriebe in einer vierten

Ausführungsvariante;

Fig. 5 ein erfindungsgemäßes Planetenwechselgetriebe in einer fünften

Ausführungsvariante; und - -

Fig. 6 ein erfindungsgemäßes Planetenwechselgetriebe in einer sechsten

Ausführungsvariante.

Die Figuren 1 bis 6 zeigen jeweils ein mehrstufiges Planetenwechselgetriebe 10 für ein Kraftfahrzeug. Zwischen einer Antriebswelle 1 und einer Abtriebswelle 2 sind vier Planetenradsätze, nämlich ein erster Planetenradsatz PG1, ein zweiter Planetenradsatz PG2, ein dritter Planetenradsatz PG3 und ein vierter Planetenradsatz PG4 koaxial hintereinander angeordnet und antriebsmäßig miteinander verbunden. Der erste Planetenradsatz PG1 weist ein erstes Sonnenrad SRI, einen ersten Planetenradträger PT1 und eine erstes Hohlrad HR1, der zweite Planetenradsatz PG2 weist ein zweites Sonnenrad SR2, einen zweiten Planetenradträger PT2 und ein zweites Hohlrad HR2 auf. Der dritte Planetenradsatz PG3 weist ein drittes Sonnenrad SR3, einen dritten Planetenradträger PT3 und ein drittes Hohlrad HR3, der vierte Planetenradsatz PG4 weist ein viertes Sonnenrad SR4, einen vierten Planetenradträger PT4 und ein viertes Hohlrad HR4 auf.

Die Sonnenräder SR2, SR3 des zweiten PG2 und dritten Planetenradsatzes PG3 sind jeweils mit der Antriebswelle 1 und die Hohlräder HR2, HR3 des zweiten PT2 und dritten Planetenradsatzes PT3 mit je einer Bremse B2, B3 verbunden.

Der erste Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes PG1 ist mit dem zweiten Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes PG2 verbunden. Der zweite Planetenradträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes PG2 ist mit dem dritten Hohlrad HR3 des dritten Planetenradsatzes PG3 verbunden.

Weiters weist das Planetenwechselgetriebe 1 eine Kupplung Kl auf, welche so positioniert ist, dass die Antriebswelle 1 mit der Abtriebswelle 2 direkt im Durchtrieb verbunden werden kann.

In den Fig. 1 bis Fig. 6 sind Ausführungsvarianten der Erfindung gezeigt, welche eine einfache konstruktive Ausführbarkeit erlauben.

Im in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist die Kupplung Kl zwischen der Antriebswelle 1 und dem erstem Sonnenrad SRI des ersten Planetenradsatzes PG1 angeordnet. Dies ermöglicht die Übertragung von relativ niedrigen Drehmomenten von etwa 30% des Eingangsdrehmomentes.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der die Kupplung Kl zwischen der Antriebswelle 1 und der Abtriebswelle 2 angeordnet ist. Dies ermöglicht die Übertragung von mittleren Drehmomenten von etwa 100% des Eingangsdrehmomentes. - -

Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der die Kupplung Kl zwischen der Antriebswelle 1 und dem ersten Planetenträger PT1 des ersten Planetenradsatzes PG2 angeordnet ist. Dies ermöglicht die Übertragung von niedrigen Drehmomenten von etwa 50% des Eingangsdrehmomentes.

Im in Fig. 4 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel ist die Kupplung Kl zwischen der Antriebswelle 1 und dem zweiten Planetenträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes PG2 angeordnet. Dies ermöglicht die Übertragung von mittleren Drehmomenten von etwa 70% des Eingangsdrehmomentes.

Ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 5 dargestellt, bei dem die Kupplung Kl zwischen dem ersten Sonnenrad SRI und dem ersten Planetenträger PT1 des ersten Planetenradsatzes PG1 angeordnet ist. Dies ermöglicht die Übertragung von mittleren Drehmomenten von etwa 70% des Eingangsdrehmomentes.

Fig. 6 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der die Kupplung Kl zwischen dem ersten Sonnenrad SRI des ersten Planetenradsatzes PG1 und dem zweiten Planetenträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes PG2 angeordnet ist. Dies ermöglicht die Übertragung von niedrigen Drehmomenten von etwa 50% des Eingangsdrehmomentes.

Die Kupplung Kl kann als Mehrscheiben-Lamellenkupplung ausgebildet sein. Weiters kann das erste Sonnenrad SRI über eine erste Bremse Bl abgebremst werden.

Das dritte Hohlrad HR3 des dritten Planetenradsatzes PG3 ist mit dem vierten Sonnenrad SR4 des vierten Planetenradsatzes PG4 und der dritte Planetenradträger PT3 des dritten Planetenradsatzes PG3 sowohl mit dem vierten Hohlrad HR4 des vierten Planetenradsatzes PG4, als auch mit der Abtriebswelle 2 verbunden. Der vierte Planetenradträger PT4 des vierten Planetenradsatzes PG4 kann mittels einer vierten Bremse B4 mit dem Getriebegehäuse 3 des Planetenwechselgetriebes 10 verbunden, und somit festgehalten werden. Die erste Bl, zweite B2, dritte B3 und/oder vierte Bremse B4 kann als Mehrscheiben-Lamellenbremse ausgebildet sein.

Die Antriebswelle 1 kann mit einem (nicht weiter dargestellten) Drehmomentwandler und/oder gegebenenfalls vorgesehenem Wendegetriebe, die Abtriebswelle 2 kann mit einem (nicht weiter dargestellten) Steuerantriebsstrang verbunden sein. Um ein Rückwärtsfahren des Fahrzeuges zu ermöglichen ist das Wendegetriebe vorteilhafterweise zwischen dem Drehmomentwandler und dem Planetenwechselgetriebe 10 angeordnet. Auf separate Rückwärtsgangstufen kann somit verrichtet werden. - -

Mit dem in den Fig. 1 bis Fig. 6 dargestellten Planetenwechselgetrieben 10 lassen sich mittels den durch die Bremsen Bl, B2, B3, B4 und die Kupplung Kl gebildeten Schaltorganen insgesamt fünf Gänge gemäß dem folgenden Schaltschema schalten :

Im Schaltschema steht "X" für eine geschlossene Bremse bzw. Kupplung.

In einem ersten Gang sind die vierte Bremse B4 des vierten Planetenradsatzes PG4 geschlossen und die Bremsen Bl, B2, B3 der anderen Planetenradsätze geöffnet. In einem zweiten Gang sind die dritte Bremse B3 des dritten Planetenradsatzes PG3 geschlossen und die Bremsen Bl, B2, B4 der anderen Planetenradsätze PGl, PG2, PG4 geöffnet. In einem dritten Gang sind die zweite Bremse B2 des zweiten Planetenradsatzes PG2 geschlossen und die Bremsen Bl, B3, B4 der anderen Planetenradsätze PGl, PG3, PG4 geöffnet. In einem vierten Gang sind die erste Bremse Bl des ersten Planetenradsatzes PGl geschlossen und die Bremsen B2, B3, B4 der anderen Planetenradsätze PG2, PG3, PG4 geöffnet. In einem fünften Gang wird die Kupplung Kl geschlossen, wobei die Bremsen Bl, B2, B3, B4 der Planetenradsätze PGl, PG2, PG3, PG4 geöffnet werden.