DE102008019138B4

DE102008019138B4 - Mehrganggetriebe

Info

Publication number: DE102008019138B4
Application number: DE102008019138.8A
Authority: DE
Inventors: Andrew W. Phillips; James M. Hart; Clinton E. Carey; Scott H. Wittkopp
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-04-19
Filing date: 2008-04-16
Publication date: 2016-07-21
Anticipated expiration: 2028-04-17
Also published as: CN101290052A; US20080261769A1; US8021265B2; DE102008019134A1; CN101290051A; US20110059823A1; US7828691B2; CN101290052B; DE102008019134B4; US20120004069A1; CN101290051B; DE102008019138A1; US20080261763A1; US8157700B2; US8066610B2

Abstract

Getriebe (10), umfassend: ein Antriebselement (12); ein Abtriebselement (22); eine Zwischenwelle (60); einen ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatz (14, 16, 18, 20), die jeweils ein Sonnenrad (14A, 16C, 18C, 20A), einen Träger (14B, 16B, 18B, 20B) und ein Hohlrad (14C, 16A, 18A, 20C) aufweisen, wobei das Antriebselement (12) ständig mit dem Träger (16B) des zweiten Planetenradsatzes (16) verbunden ist, und wobei das Abtriebselement (22) ständig mit dem Träger (18B) des dritten Planetenradsatzes (18) und dem Träger (20B) des vierten Planetenradsatzes (20) verbunden ist; ein erstes Verbindungselement (42), das das Sonnenrad (14A) des ersten Planetenradsatzes (14) ständig mit einem feststehenden Element (50) verbindet; ein zweites Verbindungselement (44), das den Träger (14B) des ersten Planetenradsatzes (14) ständig mit dem Hohlrad (16A) des zweiten Planetenradsatzes (16) verbindet; ein drittes Verbindungselement (46), das das Hohlrad (14C) des ersten Planetenradsatzes (14) ständig mit dem Sonnenrad (20A) des vierten Planetenradsatzes (20) verbindet; ein viertes Verbindungselement (52), das das Sonnenrad (16C) des zweiten Planetenradsatzes (16) ständig mit dem Sonnenrad (18C) des dritten Planetenradsatzes (18) verbindet; ein fünftes Verbindungselement (56), das den Träger (18B) des dritten Planetenradsatzes (18) ständig mit dem Träger (20B) des vierten Planetenradsatzes (20) verbindet; eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung (26), die selektiv einrückbar ist, um den Träger (16B) des zweiten Planetenradsatzes (16) und das Antriebselement (12) mit der Zwischenwelle (60) zu verbinden; eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (28), die selektiv einrückbar ist, um das Hohlrad (14C) des ersten Planetenradsatzes (14) und das Sonnenrad (20A) des vierten Planetenradsatzes (20) mit der Zwischenwelle (60) zu verbinden; ...

Description

GEBIET
Die Erfindung betrifft allgemein ein Mehrganggetriebe, das mehrere Planetenradsätze und mehrere Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist, und genauer ein Getriebe, das acht Gänge, vier Planetenradsätze und fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist.
HINTERGRUND
Ein typisches Mehrganggetriebe benutzt eine Kombination aus Reibkupplungen, Planetenradanordnungen und festen Verbindungen, um mehrere Übersetzungsverhältnisse zu erreichen. Die Anzahl und physikalische Anordnung der Planetenradsätze im Allgemeinen werden durch den Bauraum, die Kosten und die gewünschten Drehzahlverhältnisse oder Gänge vorgeschrieben.
Achtganggetriebe mit vier Planetenradsätzen und fünf Schaltelementen werden beispielsweise in den Druckschriften DE 10 2005 002 337 A1 und DE 10 2004 041 507 A1 beschrieben.
Obgleich gegenwärtige Getriebe ihren vorgesehenen Zweck erfüllen, ist der Bedarf nach neuen und verbesserten Getriebekonfigurationen, die ein verbessertes Leistungsvermögen, insbesondere aus den Standpunkten des Wirkungsgrades, des Ansprechvermögens und des ruhigen Betriebes, sowie einen verbesserten Bauraum, primär reduzierte Größe und reduziertes Gewicht, zeigen, im Wesentlichen konstant. Dementsprechend gibt es einen Bedarf nach einem verbesserten, kosteneffektiven, kompakten Mehrganggetriebe.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesem Bedarf gerecht zu werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist ein Getriebe vorgesehen, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das feststehende Element ein Getriebegehäuse.
Weitere Ziele, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen deutlich werden, in denen gleiche Bezugszeichen auf das gleiche Bauteil, Element oder Merkmal verweisen.
ZEICHNUNGEN
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Darstellungszwecken.
1 ist ein Hebeldiagramm einer Ausführungsform eines Achtganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Achtganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung; und
3 ist eine Schalttabelle, die den Einrückungszustand der verschiedenen Drehmomentübertragungseinrichtungen in jedem der verfügbaren Vorwärts- und Rückwärtsgänge oder -übersetzungsverhältnisse des in den 1 und 2 veranschaulichten Getriebes darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Zu Beginn ist festzustellen, dass die Ausführungsformen des Getriebes der vorliegenden Erfindung eine gemeinsame Anordnung von permanenten mechanischen Verbindungen zwischen den Elementen der vier Planetenradsätze aufweisen. Diese mechanischen Verbindungen verknüpfen gattungsgemäß die Getriebeausführungsformen oder bringen diese in Beziehung. Genauer ist ein erstes Bauteil oder Element eines ersten Planetenradsatzes permanent mit einem Getriebegehäuse gekoppelt. Ein zweites Bauteil oder Element des ersten Planetenradsatzes ist permanent mit einem ersten Bauteil oder Element eines zweiten Planetenradsatzes gekoppelt. Ein drittes Bauteil oder Element des zweiten Planetenradsatzes ist permanent mit einem dritten Bauteil oder Element eines dritten Planetenradsatzes gekoppelt. Ein zweites Bauteil oder Element des dritten Planetenradsatzes ist permanent mit einem zweiten Bauteil oder Element eines vierten Planetenradsatzes gekoppelt. Ein drittes Bauteil oder Element des ersten Planetenradsatzes ist permanent mit einem ersten Bauteil oder Element des vierten Planetenradsatzes gekoppelt.
Unter Bezugnahme auf die 1 wird eine Ausführungsform eines Achtganggetriebes 10 anhand eines Hebeldiagramms erläutert. Ein Hebeldiagramm ist eine schematische Darstellung der Bauteile einer mechanischen Einrichtung, wie eines Automatikgetriebes. Jeder einzelne Hebel stellt einen Planetenradsatz dar, wobei die drei grundlegenden mechanischen Bauteile des Planetenradsatzes jeweils durch einen Knoten dargestellt sind. Daher enthält ein einzelner Hebel drei Knoten: einen für das Sonnenrad, einen für den Planetenradträger und einen für das Hohlrad. Die relative Länge zwischen den Knoten jedes Hebels kann dazu verwendet werden, jeweils das Hohlrad/Sonnenrad-Verhältnis des jeweiligen Zahnradsatzes darzustellen. Diese Hebelverhältnisse werden wiederum dazu verwendet, die Übersetzungsverhältnisse des Getriebes zu verändern, um geeignete Verhältnisse und eine geeignete Verhältnisprogression zu erreichen. Mechanische Kopplungen oder Verbindungen zwischen den Knoten der verschiedenen Planetenradsätze sind durch dünne, horizontale Linien veranschaulicht, und Drehmomentübertragungseinrichtungen, wie Kupplungen und Bremsen, sind als ineinander greifende Finger dargestellt, wobei ein Satz der Finger fest ist, wenn die Einrichtung eine Bremse ist. Eine weitergehende Erläuterung des Formats, Zwecks und der Verwendung von Hebeldiagrammen ist in der Druckschrift SAE Paper 810102, ”The Lever Analogy: A New Tool in Transmission Analysis” von Benford und Leising zu finden.
Das Getriebe 10 umfasst eine Antriebswelle oder ein Antriebselement 12, einen ersten Planetenradsatz 14 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 14A, einem zweiten Knoten 14B und einem dritten Knoten 14C, einen zweiten Planetenradsatz 16 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 16A, einem zweiten Knoten 16B und einem dritten Knoten 16C, einen dritten Planetenradsatz 18 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 18A, einem zweiten Knoten 18B und einem dritten Knoten 18C, einen vierten Planetenradsatz 20 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 20A, einem zweiten Knoten 20B und einem dritten Knoten 20C, und eine Abtriebswelle oder ein Abtriebselement 22.
Der erste Knoten 14A des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit einem feststehenden Element oder einem Getriebegehäuse 50 gekoppelt. Der zweite Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 gekoppelt. Der dritte Knoten 14C des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem ersten Knoten 20A des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt. Der zweite Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 ist mit der Antriebswelle oder dem Antriebselement 12 gekoppelt. Der dritte Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 ist mit dem dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt. Der zweite Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 ist mit dem zweiten Knoten 20B des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt. Die Abtriebswelle oder das Abtriebselement 22 ist mit dem zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt.
Eine erste Kupplung 26 verbindet den zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 und die Antriebswelle oder das Antriebselement 12 selektiv mit einem Zwischenknoten, Zwischenelement oder Zwischenglied 60. Eine zweite Kupplung 28 verbindet den Zwischenknoten 60 selektiv mit dem dritten Knoten 14C des ersten Planetenradsatzes 14. Eine dritte Kupplung 30 verbindet den Zwischenknoten 60 selektiv mit dem dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 und dem dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18. Eine vierte Kupplung 32 verbindet den Zwischenknoten 60 selektiv mit dem dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20. Eine Bremse 34 verbindet den ersten Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18 selektiv mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50.
Unter Bezugnahme auf die 2 wird nun eine Ausführungsform des Achtganggetriebes 10 gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. In 2 wird die Nummerierung aus dem Hebeldiagramm von 1 übernommen. Die Kupplungen, Bremse und Kopplungen sind entsprechend dargestellt, wohingegen die Knoten der Planetenradsätze nun als Bauteile von Planetenradsätzen, wie Sonnenräder, Hohlräder, Planetenräder und Planetenradträger, erscheinen.
Beispielsweise umfasst der Planetenradsatz 14 ein Sonnenrad 14A, einen Planetenradträger 14B und ein Hohlrad 14C. Das Sonnenrad 14A ist durch eine erste Verbindungswelle oder ein erstes Verbindungselement 42 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50 verbunden. Der Planetenradträger 14B lagert drehbar einen Satz Planetenräder 14D (nur eines ist gezeigt) und ist zur gemeinsamen Rotation mit einer zweiten Verbindungswelle oder einem zweiten Verbindungselement 44 verbunden. Das Hohlrad 14C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer dritten Verbindungswelle oder einem dritten Verbindungselement 46 und einer vierten Verbindungswelle oder einem vierten Verbindungselement 48 verbunden. Die Planetenräder 14D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 14A als auch dem Hohlrad 14C zu kämmen.
Die Antriebswelle oder das Antriebselement 12 ist bevorzugt ständig mit einer Maschine (die nicht gezeigt ist) oder mit einem Turbinenrad eines Drehmomentwandlers (der nicht gezeigt ist) verbunden. Die Abtriebswelle oder das Abtriebselement 22 ist bevorzugt ständig mit der Achsantriebseinheit oder dem Verteilergetriebe (das nicht gezeigt ist) verbunden.
Der Planetenradsatz 16 umfasst ein Sonnenrad 16C, einen Planetenträger 16B, der einen Satz Planetenräder 16D drehbar lagert, und ein Hohlrad 16A. Das Sonnenrad 16C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer fünften Verbindungswelle oder einem fünften Verbindungselement 52 verbunden. Der Planetenträger 16B ist zur gemeinsamen Rotation mit der Antriebswelle oder dem Antriebselement 12 und einer sechsten Verbindungswelle oder einem sechsten Verbindungselement 54 verbunden. Das Hohlrad 16A ist zur gemeinsamen Rotation mit der zweiten Verbindungswelle oder dem zweiten Verbindungselement 44 verbunden. Die Planetenräder 16D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 16C als auch dem Hohlrad 16A zu kämmen.
Der Planetenradsatz 18 umfasst ein Sonnenrad 18C, ein Hohlrad 18A und einen Planetenträger 18B, der einen Satz Planetenräder 18D drehbar lagert. Das Sonnenrad 18C ist zur gemeinsamen Rotation mit der fünften Verbindungswelle oder dem fünften Verbindungselement 52 verbunden. Das Hohlrad 18A ist mit einer Bremse 34 verbunden, wie es nachstehend detaillierter beschrieben wird. Der Planetenträger 18B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer siebten Verbindungswelle oder einem siebten Verbindungselement 56 und der Abtriebswelle oder dem Abtriebselement 22 verbunden. Die Planetenräder 18D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 18C als auch dem Hohlrad 18A zu kämmen.
Der Planetenradsatz 20 umfasst ein Sonnenrad 20A, ein Hohlrad 20C und einen Planetenträger 20B, der einen Satz Planetenräder 20D drehbar lagert. Das Sonnenrad 20A ist zur gemeinsamen Rotation mit der dritten Verbindungswelle oder dem dritten Verbindungselement 46 verbunden. Das Hohlrad 20C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer achten Verbindungswelle oder einem achten Verbindungselement 58 verbunden. Der Planetenträger 20B ist zur gemeinsamen Rotation mit der siebten Verbindungswelle oder dem siebten Verbindungselement 56 verbunden. Die Planetenräder 20D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 20A als auch dem Hohlrad 20C zu kämmen.
Die Drehmomentübertragungseinrichtungen oder Kupplungen 26, 28, 30, 32 und die Bremse 34 sorgen für eine selektive Verbindung der Wellen oder Verbindungselemente, der Elemente der Planetenradsätze und des Gehäuses. Beispielsweise ist die erste Kupplung 26 selektiv einrückbar, um eine Zwischenwelle oder ein Zwischenelement 60 mit der sechsten Verbindungswelle oder dem sechsten Verbindungselement 54 zu verbinden. Die zweite Kupplung 28 ist selektiv einrückbar, um die Zwischenwelle oder das Zwischenelement 60 mit der vierten Verbindungswelle oder dem vierten Verbindungselement 48 zu verbinden. Die dritte Kupplung 30 ist selektiv einrückbar, um die Zwischenwelle oder das Zwischenelement 60 mit der fünften Verbindungswelle oder dem fünften Verbindungselement 52 zu verbinden. Die vierte Kupplung 32 ist selektiv einrückbar, um die Zwischenwelle oder das Zwischenelement 60 mit der achten Verbindungswelle oder dem achten Verbindungselement 58 zu verbinden. Die Bremse 34 ist selektiv einrückbar, um das Hohlrad 18A mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden, um eine Rotation des Hohlrads 18A relativ zu dem Getriebegehäuse 50 zu beschränken.
Nun wird unter Bezugnahme auf die 2 und 3 die Arbeitsweise der Ausführungsform des Achtganggetriebes 10 beschrieben. Es ist festzustellen, dass das Getriebe 10 in der Lage ist, Drehmoment von der Antriebswelle oder dem Antriebselement 12 auf die Abtriebswelle oder das Abtriebselement 22 in zumindest acht Vorwärtsgängen oder -drehmomentverhältnissen und zumindest einem Rückwärtsgang oder -drehmomentverhältnis zu übertragen. Jedes Vorwärts- und Rückwärtsdrehzahl- oder -drehmomentverhältnis wird durch Einrückung von drei der Drehmomentübertragungseinrichtungen (d. h. erste Kupplung 26, zweite Kupplung 28, dritte Kupplung 30, vierte Kupplung 32 und Bremse 34) erzielt, wie es nachstehend erläutert wird. 3 ist eine Schalttabelle, die die verschiedenen Kombinationen von Drehmomentübertragungseinrichtungen darstellt, die aktiviert oder eingerückt werden, um die verschiedenen Gangzustände zu erreichen. Tatsächliche numerische Übersetzungsverhältnisse der verschiedenen Gangzustände sind ebenfalls dargestellt, obwohl festzustellen ist, dass diese Zahlenwerte nur beispielhaft sind, und dass sie über beträchtliche Bereiche eingestellt werden können, um sich verschiedenen Anwendungen und Betriebskriterien des Getriebes 10 anzupassen. Ein Beispiel der Übersetzungsverhältnisse, die unter Verwendung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erhalten werden können, ist in 3 ebenfalls gezeigt. Natürlich sind andere Übersetzungsverhältnisse abhängig von dem gewählten Zahnraddurchmesser, der gewählten Zahnradzähnezahl und der gewählten Zahnradkonfiguration erreichbar.
Um den Rückwärtsgang herzustellen, werden die dritte Kupplung 30, die vierte Kupplung 32 und die Bremse 34 eingerückt oder aktiviert. Die dritte Kupplung 30 verbindet die Zwischenwelle oder das Zwischenelement 60 mit der fünften Verbindungswelle oder dem fünften Verbindungselement 52. Die vierte Kupplung 32 verbindet die Zwischenwelle oder das Zwischenelement 60 mit der achten Verbindungswelle oder dem achten Verbindungselement 58. Die Bremse 34 verbindet das Hohlrad 18A mit dem Getriebegehäuse 50, um eine Rotation des Hohlrads 18A relativ zu dem Getriebegehäuse 50 zu beschränken. Gleichermaßen werden die acht Vorwärtsgänge durch unterschiedliche Kombinationen einer Kupplungs- und Bremseneinrückung erreicht, wie es in 3 gezeigt ist.
Es ist festzustellen, dass die vorstehende Erläuterung der Arbeitsweise und der Gangzustände des Achtganggetriebes 10 zuallererst von der Annahme ausgeht, dass alle Kupplungen und die Bremse, die in einem gegebenen Gangzustand nicht speziell genannt sind, inaktiv oder ausgerückt sind/ist, und zweitens während Gangschaltvorgängen, d. h. Wechseln des Gangzustands, zwischen zumindest benachbarten Gangzuständen, eine in beiden Gangzuständen eingerückte oder aktivierte Kupplung oder Bremse eingerückt oder aktiviert bleiben wird.

Claims

Getriebe (10), umfassend: ein Antriebselement (12); ein Abtriebselement (22); eine Zwischenwelle (60); einen ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatz (14, 16, 18, 20), die jeweils ein Sonnenrad (14A, 16C, 18C, 20A), einen Träger (14B, 16B, 18B, 20B) und ein Hohlrad (14C, 16A, 18A, 20C) aufweisen, wobei das Antriebselement (12) ständig mit dem Träger (16B) des zweiten Planetenradsatzes (16) verbunden ist, und wobei das Abtriebselement (22) ständig mit dem Träger (18B) des dritten Planetenradsatzes (18) und dem Träger (20B) des vierten Planetenradsatzes (20) verbunden ist; ein erstes Verbindungselement (42), das das Sonnenrad (14A) des ersten Planetenradsatzes (14) ständig mit einem feststehenden Element (50) verbindet; ein zweites Verbindungselement (44), das den Träger (14B) des ersten Planetenradsatzes (14) ständig mit dem Hohlrad (16A) des zweiten Planetenradsatzes (16) verbindet; ein drittes Verbindungselement (46), das das Hohlrad (14C) des ersten Planetenradsatzes (14) ständig mit dem Sonnenrad (20A) des vierten Planetenradsatzes (20) verbindet; ein viertes Verbindungselement (52), das das Sonnenrad (16C) des zweiten Planetenradsatzes (16) ständig mit dem Sonnenrad (18C) des dritten Planetenradsatzes (18) verbindet; ein fünftes Verbindungselement (56), das den Träger (18B) des dritten Planetenradsatzes (18) ständig mit dem Träger (20B) des vierten Planetenradsatzes (20) verbindet; eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung (26), die selektiv einrückbar ist, um den Träger (16B) des zweiten Planetenradsatzes (16) und das Antriebselement (12) mit der Zwischenwelle (60) zu verbinden; eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (28), die selektiv einrückbar ist, um das Hohlrad (14C) des ersten Planetenradsatzes (14) und das Sonnenrad (20A) des vierten Planetenradsatzes (20) mit der Zwischenwelle (60) zu verbinden; eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung (30), die selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (18C) des dritten Planetenradsatzes (18) und das Sonnenrad (16C) des zweiten Planetenradsatzes (16) mit der Zwischenwelle (60) zu verbinden; eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung (32), die selektiv einrückbar ist, um das Hohlrad (20C) des vierten Planetenradsatzes (20) mit der Zwischenwelle (60) zu verbinden; und eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung (34), die selektiv einrückbar ist, um das Hohlrad (18A) des dritten Planetenradsatzes (18) mit dem feststehenden Element (50) zu verbinden, und wobei die Drehmomentübertragungseinrichtungen (26, 28, 30, 32, 34) selektiv in Kombinationen von dreien einrückbar sind, um acht Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang zwischen dem Antriebselement (12) und dem Abtriebselement (22) herzustellen.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei das feststehende Element (50) ein Getriebegehäuse ist.