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Die
Erfindung betrifft das Gebiet automatischer Getriebe für
Kraftfahrzeuge. Insbesondere betrifft die Erfindung eine kinematische
Anordnung aus einem Zahnräderwerk, Kupplungen, Bremsen
und Verbindungen dieser Elemente untereinander in einem Lastschaltgetriebe.
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Wenn
ein Kraftfahrzeug für eine Zeitdauer stillsteht, beispielsweise
während des Wartens an einer Verkehrsampel, ist es günstig,
zur Einsparung von Kraftstoff den Verbrennungsmotor abzuschalten. Der
Verbrennungsmotor muss dann schnell wieder gestartet werden, wenn
der Fahrer zu erkennen gibt, dass er bereit ist loszufahren, was üblicherweise
dadurch erfolgt, dass er seinen Fuß vom Bremspedal nimmt
und Druck auf das Gaspedal ausübt. Wenn die Verzögerung
in der Übertragung von Drehmoment auf die Antriebsräder
zu groß wird, wird der Fahrer mit dem Kraftfahrzeug unzufrieden
sein. Zur Minimierung einer solchen Verzögerung ist es
wichtig, dass das Getriebe darauf vorbereitet ist, Drehmoment im ersten
Gang zu überfragen, sobald der Motor läuft. Herkömmlicherweise
ist ein automatisches Getriebe für eine derartige Stillstandsabschaltungs-(= ”Idle
Engine Stop”-)Funktionalität ausgelegt, indem
zusätzlich eine elektrisch angetriebene Pumpe vorgesehen ist,
um hydraulischen Druck zum Einkuppeln der geeigneten kraftschlüssigen
Elemente bereitzustellen.
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Gemäß der
Erfindung wird das Erfordernis einer elektrisch angetriebenen Pumpe
vermieden, indem eine elektromechanische Betätigung für
die im ersten Gang ver wendeten kraftschlüssigen Elemente eingesetzt
wird. Die elektromechanische Betätigung ist wirksam, wenn
der Verbrennungsmotor nicht läuft. Allerdings ist eine
elektromechanische Betätigung auf kraftschlüssige
Elemente an der Peripherie des Getriebegehäuses, beispielsweise
Bremsen, begrenzt, wohingegen eine hydraulische Betätigung auch
bei Kraftschlusselementen verwendet werden kann, welche sich unterhalb
rotierender Hülsen befinden. Bei der erfindungsgemäßen
kinematischen Anordnung müssen zum Einlegen des ersten
Ganges nur Bremsen eingesetzt werden.
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Durch
die Erfindung wird ein Mehrgang-Lastschaltgetriebe mit den Merkmalen
des unabhängigen Patentanspruches 1 bereitgestellt. Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Mehrgang-Lastschaltgetriebe
mit einer Getriebeantriebswelle, einer Abtriebswelle und einer Anordnung
aus Zahnrädern, Reibungsbremsen und Kupplungen, welche
dazu in der Lage sind, Kraft von der Getriebeantriebswelle an die
Abtriebswelle mit einer Mehrzahl von Vorwärts-Übersetzungsverhältnissen
und wenigstens einem Rückwärts-Übersetzungsverhältnis
zu übertragen, wobei das erste Vorwärts-Übersetzungsverhältnis
ausgewählt wird, indem zwei Reibungsbremsen unter Verwendung
elektromechanischer Aktuatoren betätigt werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform weist das Lastschaltgetriebe ferner eine
Eingangswelle, ein Flügelrad, welches in Wirkverbindung
an die Eingangswelle gekoppelt ist, und eine Turbine auf, welche
hydrodynamisch über das Flügelrad antreibbar und
in Wirkverbindung an die Getriebeantriebswelle gekoppelt ist.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform weist die Anordnung aus Zahnrädern,
Reibungsbremsen und Kupplungen ferner auf: eine erste Umlaufrädergetriebeanordnung,
eine zweite Umlaufrädergetriebeanordnung und eine dritte
Umlaufrädergetriebeanordnung, welche jeweils ein erstes
Rotationselement, ein zweites Rotationselement und ein drittes Rotationselement
aufweisen, wobei das erste Rotationselement der zweiten Umlaufrädergetriebeanordnung
in Wirkverbindung mit dem ersten Rotationselement der dritten Umlaufrädergetriebeanordnung
gekoppelt ist, das dritte Rotationselement der ersten Umlaufrädergetriebeanordnung
in Wirkverbindung an das zweite Rotationselement der dritten Umlaufrädergetriebeanordnung
gekoppelt ist, das zweite Rotationselement der ersten Umlaufrädergetriebeanordnung
in Wirkverbindung an das dritte Rotationselement der zweiten Umlaufrädergetriebeanordnung gekoppelt
ist, die Getriebeantriebswelle in Wirkverbindung an das erste Rotationselement
der ersten Umlaufrädergetriebeanordnung gekoppelt ist,
und die Abtriebswelle in Wirkverbindung an das zweite Rotationselement
der zweiten Umlaufrädergetriebeanordnung gekoppelt ist,
eine elektromechanisch betätigte erste Reibungsbremse zum
selektiven Festhalten des ersten Rotationselements der zweiten Umlaufrädergetriebeanordnung
und des ersten Rotationselements der dritten Umlaufrädergetriebeanordnung
gegen Rotation, und eine elektromechanisch betätigte zweite
Reibungsbremse zum selektiven Festhalten des dritten Rotationselements
der dritten Umlaufrädergetriebeanordnung gegen Rotation.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform weist die Anordnung aus Zahnrädern,
Reibungsbremsen und Kupplungen ferner auf: eine vierte Umlaufrädergetriebeanordnung,
welche ein erstes Rotationselement, ein zweites Rotationselement
und ein drittes Rotationselement aufweist, wobei das zweite Rotationselement
der vierten Umlaufrädergetriebeanordnung in Wirkverbindung
an das dritte Rotationselement der dritten Umlaufrädergetriebeanordnung gekoppelt
ist, eine dritte Reibungsbremse zum selektiven Festhalten des ersten
Rotationselementes der vierten Umlaufrädergetriebeanordnung
gegen Rotation, und eine erste Kupplung, welche die Getriebeantriebswelle
lösbar an das zweite Rotationselement der vierten Umlaufrädergetriebeanordnung
und das dritte Rotationselement der dritten Umlaufrädergetriebeanordnung
lösbar koppelt.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform weist das Mehrgang-Lastschaltgetriebe
ferner eine feste Verbindung zwischen dem dritten Rotationselement
der vierten Umlaufrädergetriebeanordnung und dem zweiten
Rotationselement der ersten Umlaufrädergetriebeanordnung,
und eine zweite Kupplung, welche zwei der Rota tionselemente der
ersten Umlaufrädergetriebeanordnung lösbar miteinander
koppelt, auf.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform ist die dritte Reibungsbremse
elektromechanisch betätigbar.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform weist das Mehrgang-Lastschaltgetriebe
ferner auf: eine zweite Kupplung, mittels welcher das dritte Rotationselement
der vierten Umlaufrädergetriebeanordnung an das dritte
Rotationselement der ersten Umlaufrädergetriebeanordnung
und das zweite Rotationselement der dritten Umlaufrädergetriebeanordnung
lösbar koppelbar ist, und eine dritte Kupplung, mittels
welcher das dritte Rotationselement der vierten Umlaufrädergetriebeanordnung
an das zweite Rotationselement der ersten Umlaufrädergetriebeanordnung
und das dritte Rotationselement der zweiten Umlaufrädergetriebeanordnung
lösbar koppelbar ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Mehrgang-Lastschaltgetriebe
mit einer ersten Umlaufrädergetriebeanordnung, einer zweiten Umlaufrädergetriebeanordnung,
einer dritten Umlaufrädergetriebeanordnung und einer vierten
Umlaufrädergetriebeanordnung, welche jeweils ein erstes
Rotationselement, ein zweites Rotationselement und ein drittes Rotationselement
aufweisen, wobei das zweite Rotationselement der ersten Umlaufrädergetriebeanordnung
in Wirkverbindung an das dritte Rotationselement der vierten Umlaufrädergetriebeanordnung
gekoppelt ist, das erste Rotationselement der dritten Umlaufrädergetriebeanordnung
in Wirkverbindung an das erste Rotationselement der vierten Umlaufrädergetriebeanordnung
gekoppelt ist, das dritte Rotationselement der zweiten Umlaufrädergetriebeanordnung
in Wirkverbindung an das zweite Rotationselement der vierten Umlaufrädergetriebeanordnung
gekoppelt ist, und das zweite Rotationselement der zweiten Umlaufrädergetriebeanordnung
in Wirkverbindung an das dritte Rotationselement der dritten Umlaufrädergetriebeanordnung
gekoppelt ist, eine Getriebeantriebswelle an das erste Rotationselement
der zweiten Umlaufrädergetriebeanordnung gekoppelt ist,
und eine Abtriebswelle an das zweite Rotationselement der dritten
Umlaufrädergetriebeanordnung gekoppelt ist.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform weist das Mehrgang-Lastschaltgetriebe
ferner auf: eine erste Kupplung, welche die Getriebeantriebswelle
an das zweite Rotationselement der ersten Umlaufrädergetriebeanordnung
und das dritte Rotationselement der vierten Umlaufrädergetriebeanordnung lösbar
koppelt, eine erste Bremse zum selektiven Festhalten des ersten
Rotationselements der ersten Umlaufrädergetriebeanordnung
gegen Rotation, eine zweite Bremse zum selektiven Festhalten des
zweiten Rotationselements der ersten Umlaufrädergetriebeanordnung
und des dritten Rotationselements der vierten Umlaufrädergetriebeanordnung
gegen Rotation, und eine dritte Bremse zum selektiven Halten des ersten
Rotationselements der dritten Umlaufrädergetriebeanordnung
und des ersten Rotationselements der vierten Umlaufrädergetriebeanordnung
gegen Rotation auf.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform weist das Mehrgang-Lastschaltgetriebe
ferner eine feste Verbindung zwischen dem dritten Rotationselement
der ersten Umlaufrädergetriebeanordnung und entweder dem
zweiten Rotationselement der zweiten Umlaufrädergetriebeanordnung
oder dem dritten Rotationselement der dritten Umlaufrädergetriebeanordnung,
und eine zweite Kupplung zum lösbaren Koppeln von zwei
der Rotationselemente der zweiten Umlaufrädergetriebeanordnung
miteinander auf.
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Gemäß einer
Ausführungsform weist das Mehrgang-Lastschaltgetriebe ferner
eine zweite Kupplung zum lösbaren Koppeln des dritten Rotationselements
der ersten Umlaufrädergetriebeanordnung mit dem dritten
Rotationselement der zweiten Umlaufrädergetriebeanordnung
und dem zweiten Rotationselement der vierten Umlaufrädergetriebeanordnung,
und eine dritte Kupplung zum lösbaren Koppeln des dritten
Rotationselements der ersten Umlaufrädergetriebeanordnung
mit dem zweiten Rotationselement der zweiten Umlaufrädergetriebeanordnung
und dem dritten Rotationselement der dritten Umlaufrädergetriebeanordnung
auf.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
schematisches Diagramm eines Getriebes gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit drei
Bremsen und zwei rotierenden Kupplungen;
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2 eine
Tabelle, welche vorgeschlagene Zahnanzahlen für jedes der
Zahnräder zeigt;
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3 eine
Tabelle, welche die Zustände der Kupplungen und das resultierende Übersetzungsverhältnis
des Getriebes von 1 zeigt, wenn die Zahnräder
die in 2 angegebenen Zahnanzahlen besitzen;
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4 ein
schematisches Diagramm einer alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit drei Bremsen und drei rotierenden
Kupplungen; und
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5 eine
Tabelle, welche die Zustände der Kupplungen und das resultierende Übersetzungsverhältnis
des Getriebes von 4 für den Fall angibt, dass
die Zahnräder die in 2 angegebenen
Zahnanzahlen besitzen.
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Ein
Getriebe gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in
1 dargestellt.
Das Getriebe weist vier einfache Planetengetriebesatzanordnungen
20,
30,
40 und
50 auf. Jede
einfache Planetengetriebesatzanordnung weist ein Sonnenrad, ein
Hohlrad mit einer Innenverzahnung, einen Planetenträger
und einen Satz von Planetenrädern auf, welche an dem Planetenträger drehbar
gelagert sind und sowohl mit dem Sonnenrad als auch mit dem Hohlrad
in Zahneingriff stehen. Eine empfohlene Anzahl von Zahnradzähnen
für jedes dieser Zahnräder ist in
2 angegeben.
Einfache Planetenradsätze zwingen den Planetenradträger,
bei einer Drehzahl zu rotieren, die einem gewichteten Mittelwert
der Drehzahlen von Sonnenrad und Hohlrad entspricht, wobei die Gewichtungsfakto ren durch
die jeweilige Anzahl von Zahnrädern bestimmt sind. Andere
Arten von Umlaufrädergetriebeanordnungen, einschließlich
Doppelritzelplanetengetriebesätzen, Stufenritzelplanetengetriebesätzen
und koplanarer Zahnradschleifen, wie sie in
US 50 30 184 und
US 61 26 566 beschrieben sind, stellen
alternative Ansätze dar, um die Drehzahl eines Elements
auf den gewichteten Mittelwert der Drehzahlen von zwei anderen Elementen
festzulegen.
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Eine
Getriebeantriebswelle 16 wird durch den Verbrennungsmotor
des Kraftfahrzeuges über eine Drehmomentwandleranordnung 80 angetrieben. Das
zweite Sonnenrad 32 ist mit der Getriebeantriebswelle 16 verbunden.
Ein erster Planetenträger 26 ist mit einem vierten
Hohlrad 54 verbunden. Ein drittes Sonnenrad 42 ist
mit einem vierten Sonnenrad 52 verbunden. Ein erstes Hohlrad 24,
ein zweiter Planetenträger 36 und ein drittes
Hohlrad 44 sind gegenseitig verbunden. Eine Getriebeabtriebswelle 12 treibt
die Fahrzeugräder an, was vorzugsweise über eine
Antriebswelle, eine Differenzialanordnung und Hinterachsenwellen
erfolgt. Die Getriebeabtriebswelle 12 ist an einem dritten
Planetenträger 46 festgelegt. Ein Getriebegehäuse 14 stellt
eine Abstützung für die Zahnradsätze,
die Eingangswelle und die Abtriebswelle bereit.
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Kupplungen 60 und 62 sind
vorzugsweise als hydraulisch betätigte Reibungskupplungen
ausgebildet, welche zwei Elemente lösbar miteinander kuppeln,
wenn hydraulischer Druck ausgeübt wird, und welche diese
Elemente voneinander entkuppeln, wenn der hydraulische Druck verringert
wird. Der hydraulische Druck wird über eine motorbetriebene
hydraulische Pumpe bereitgestellt, und ein unter Druck gesetztes
Fluid wird auf die Kupplungen 60, 62 über Kanäle
innerhalb der Getriebeantriebswelle 16 verteilt. Die Kupplung 60 kuppelt
die Getriebeantriebswelle 16 lösbar an den ersten
Planetenträger 26 und das vierte Hohlrad 54.
Die Kupplung 62 kuppelt die Getriebeantriebswelle 16 lösbar
an das erste Hohlrad 24, den zweiten Planetenträger 36 und
das dritte Hohlrad 44. Die Kupplung 62 zwingt
sämtliche drei Elemente des Planetengetriebesatzes 30 dazu,
mit der gleichen Drehzahl zu rotieren. Dieser Effekt kann alternativ
dadurch erreicht werden, dass eine Kupplung zwei Elemente der Elemente
Sonnenrad 32, Planetenträger 36 und Hohlrad 34 miteinander
lösbar koppelt.
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Bremsen
64,
68 und
70 sind
vorzugsweise als elektromechanisch betätigte Reibungsbremsen ausgebildet,
die ein Element gegen Rotation in Reaktion auf die Rotation eines
Elektromotors festhalten, und die das Element freigeben, wenn der
Elektromotor in der entgegengesetzten Richtung rotiert. Aus
US 66 99 153 ist eine Reihe
von geeigneten elektromechanisch betätigten Bremsanordnungen
bekannt. Die Bremse
64 hält das erste Sonnenrad
22 lösbar gegen
Rotation fest. Die Bremse
64 wird durch Rotation eines
Motors
92 betätigt, welcher einen Kolben
94 so
bewegt, dass dieser Druck auf die Reibungsplatten ausübt.
Die Bremse
68 hält das dritte Sonnenrad
42 und
das vierte Sonnenrad
52 lösbar gegen Rotation
fest. Die Bremse
70 hält den ersten Planetenträger
26 und
das vierte Hohlrad
54 lösbar gegen Rotation fest.
Die Bremsen
68 und
70 werden über einen
Motor
96 und einen Kolben
98 betätigt.
Eine Rotation des Motors
96 in einer Richtung drückt
den Kolben
98 gegen die Bremse
68, und seine Rotation in
der entgegengesetzten Richtung drückt den Kolben
98 gegen
die Bremse
70. In einer Zwischenposition sind beide Bremsen
gelöst.
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Eine
Einwegbremse 66 stellt ein passives Kupplungselement dar,
welches es dem ersten Planetenträger 26 und dem
vierten Hohlrad 54 ermöglicht, in einer positiven
Richtung frei zu rotieren, wobei jedoch eine Rotation in der entgegengesetzten Richtung
verhindert ist.
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Die
Drehmomentwandleranordnung 80 umfasst ein Flügelrad 82,
einen Stator 86 und eine Turbine 84. Das Flügelrad 82 wird
durch die Getriebeantriebswelle 10 angetrieben. Der Stator 86 ist
an das Getriebegehäuse 14 über eine Einwegbremse 88 gekuppelt.
Drehmoment wird von dem Flügelrad 82 an die Turbine 84 hydrodynamisch über
ein Fluid übertragen, welches entlang der drei Elemente
zirkuliert. Wenn die Turbine 84 wesentlich langsamer als
das Flügelrad 82 ist, hält die Einwegbremse 88 den
Stator stationär und liefert ein Reaktionsdrehmoment, um eine
Drehmomentvervielfachung zwischen dem Flügelrad 82 und
der Turbine 84 zu erzeugen. Die Einwegbremse befindet sich
im Freilauf (”overrun”), wenn die Turbinendrehzahl
in der Nähe der Flügelraddrehzahl oder darüber
liegt. Eine hydraulisch betätigte Überbrückungskupplung
(”lock-up clutch”) 90 kuppelt die Turbi ne 84 an
das Flügelrad 82, wobei hydrodynamische Verluste
der Drehmomentwandleranordnung 80 eliminiert werden. Durch
sorgfältige Auslegung des hydraulischen Systems kann ein
Entweichen des Fluids aus der Drehmomentwandleranordnung 80 in
hinreichendem Maße reduziert werden, um eine Stillstandsabschaltung
des Verbrennungsmotors für Zeitdauern von mehreren Minuten
zu ermöglichen, was die Anforderung zur Realisierung einer
Mehrzahl der Kraftstoffeinsparungsvorteile mehr als erfüllt.
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Das Übersetzungsverhältnis
wird ausgewählt, indem zwei der Kupplungen und Bremsen
wie in 3 ausgewählt werden. Im ersten Gang ist
es jedoch lediglich erforderlich, eine Reibungsbremse zu betätigen,
da die Einwegbremse 66 passiv wirkt.
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Wenn
das Fahrzeug im (Vorwärts-)Fahrtmodus (”Drive”)
stillsteht, ist der Verbrennungsmotor im Allgemeinen ausgeschaltet,
solange nicht die Stillstandsabschaltungsfunktionalität
der Steuerstrategie aus irgendeinem Grund vorübergehend
abgeschaltet ist, etwa wegen eines erschöpften Drehmomentwandlers,
einer geringen Kühlmitteltemperatur etc. Das Getriebe wird
für die Vorwärtsbewegung im ersten Gang vorbereitet,
indem der Motor 96 unter Betätigung der Bremse 68 rotiert.
Wenn der Fahrer signalisiert, dass er zum Losfahren bereit ist,
wird der Verbrennungsmotor schnell gestartet. Selbstverständlich
läuft dann, wenn die Stillstandsabschaltungsfunktionalität
außer Kraft gesetzt wurde, der Verbrennungsmotor bereits,
so dass dieser Schritt ausgelassen werden kann. Der Verbrennungsmotor
treibt das Flügelrad 82 an, und hydrodynamische
Kräfte innerhalb des Drehmomentwandlers erzeugen Drehmoment
an der Turbine 84 und der Getriebeantriebswelle 16.
Die Bremse 68 und die Einwegbremse 66 erzeugen
ein Reaktionsdrehmoment, so dass ein Mehrfaches des Eingangsdrehmoments
an die Getriebeabtriebswelle 12 unter Beschleunigung des Fahrzeugs übertragen
wird.
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Für
ein Schalten in den zweiten Gang wird der Motor 94 dazu
verwendet, schrittweise die Bremse 64 zu betätigen,
wobei die Bremse 68 im vollständig betätigten Zustand
gehalten wird. Wenn die Drehmomentkapazität der Bremse 64 zunimmt,
geht die Einwegbremse 66 in Freilauf (”overrun”) über.
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Die
motorbetriebene hydraulische Pumpe beginnt mit dem Aufbau von Druck
in dem Ventilkörper kurz nach Start des Verbrennungsmotors.
Zu dem Zeitpunkt, zu dem das Fahrzeug zum Schalten in den dritten
Gang bereit ist, ist der hydraulische Druck verfügbar.
Zum Schalten aus dem zweiten in den dritten Gang wird die Kupplung 60 schrittweise eingerückt,
während die Bremse 64 schrittweise gelöst
wird. Zum Schalten aus dem dritten in den vierten Gang wird die
Kupplung 62 schrittweise eingerückt, während
die Kupplung 60 schrittweise gelöst wird. Die
Bremse 68 wird während sämtlicher dieser Übergänge
in dem vollständig betätigten Zustand gehalten.
Es ist vorteilhaft, die Überbrückungskupplung 90 bald
nach Verfügbarkeit des hydraulischen Druckes zu betätigen,
um den mit einem offenen Drehmomentwandler verbundenen Energieverlust
zu minimieren.
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Zum
Schalten aus dem vierten in den fünften Gang wird die Kupplung 60 schrittweise
eingerückt, während die Bremse 68 schrittweise
gelöst wird. Der fünfte Gang ist ein Vorwärtsfahrgang
(”Direct Drive”). Zum Schalten aus dem fünften
Gang in den sechsten Gang wird die Bremse 64 schrittweise
betätigt, während die Kupplung 60 schrittweise
gelöst wird. Zum Schalten aus dem sechsten in den siebten
Gang wird die Bremse 70 schrittweise betätigt,
während die Bremse 64 schrittweise gelöst
wird. Die Kupplung 62 wird während sämtlicher
dieser Übergänge in dem vollständig betätigten
Zustand gehalten.
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Der
achte Gang ermöglicht eine verbesserte Kraftstoffersparnis
beim Fahren mit hoher Geschwindigkeit. Leider ist es nicht möglich,
direkt aus dem siebten Gang in den achten Gang zu schalten, ohne die
Kraftübertragung über das Getriebe zu unterbrechen.
Es gibt zwei Wege, um in den achten Gang zu gelangen. Die erste
Methode besteht darin, die Kupplung 62 und die Bremse 70 zu
lösen und dann die Kupplung 60 und die Bremse 64 zu
betätigen. Das Motordrehmoment muss während dieses Übergangs unterbrochen
werden, da das Getriebe nicht dazu in der Lage ist, Drehmoment an
die Räder zu übertragen. Die zweite Methode besteht
darin, den siebten Gang zu umgehen und aus dem sechsten Gang in den
achten Gang zu schalten, indem die Kupplung 60 schrittweise
eingerückt wird, während die Kupplung 62 schrittweise
gelöst wird, wobei die Bremse 64 in dem betätigten
Zustand gehalten wird.
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Ein
Herunterschalten in einen niedrigeren Gang wird erreicht, indem
die vorstehend für das jeweilige Hochschalten beschriebenen
Schritte umgekehrt werden.
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Das
Getriebe ist auch dazu in der Lage, mit einer Stillstandsmotorabschaltung
im Rückwärtsgang betrieben zu werden. Das Getriebe
wird für eine Rückwärtsfahrt vorbereitet,
indem die Motoren 92 und 96 zur Betätigung
der Bremse 64 bzw. 70 in Rotation versetzt werden.
Wenn der Fahrer signalisiert, dass er das Fahrzeug in Bewegung setzen
will, wird der Verbrennungsmotor schnell gestartet. Der Verbrennungsmotor
betätigt das Flügelrad 82, und hydrodynamische
Kräfte innerhalb des Drehmomentwandlers erzeugen Drehmoment
an der Turbine 84 und der Getriebeantriebswelle 16.
Die Bremsen 64 und 70 erzeugen ein Reaktionsdrehmoment,
so dass ein Mehrfaches des Eingangsdrehmomentes, in der entgegengesetzten
Richtung zum Eingangsdrehmoment, an die Getriebeantriebswelle 12 unter
Beschleunigung des Fahrzeuges übertragen wird.
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Obwohl
die Bremsen 64, 70 und 68 sämtlich elektromechanisch
gesteuert werden, kann die Erfindung mit einigen funktionellen Einschränkungen
unter hydraulischer Betätigung dieser Kupplungen ausgeführt
werden. Insbesondere ist bei hydraulischer Betätigung entweder
der Bremse 64 oder der Bremse 70 die Stillstandsmotorabschaltungsfunktionalität nicht
im Rückwärtsgang verfügbar. Ferner kann
bei hydraulischer Betätigung der Bremse 64 das
Schalten aus dem ersten Gang in den zweiten Gang nicht erfolgen,
solange nicht die motorbetriebene hydraulische Pumpe hinreichend
Zeit hatte, um einen ausreichenden Druck in dem Ventilkörper
aufzubauen.
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Ferner
kann die Erfindung ohne Drehmomentwandler 80 ausgeführt
werden, indem die Getriebeantriebswelle 16 an die Getriebeantriebswelle 10,
vorzugsweise über einen Torsionsdämpfer, in Wirkverbindung
gekoppelt wird. In dieser alternativen Ausführungsform
wird ein Vorwärtsstart des Fahrzeuges durch schrittweises Betätigen
der Bremse 68 erreicht. Sämtliche Schaltvorgänge
werden in der oben beschriebenen Weise durchgeführt. Ein
Rückwärtsstart des Fahrzeuges wird durch vollständiges Betätigen
entweder der Bremse 70 oder der Bremse 64, gefolgt
vom schrittweisen Betätigen der jeweils anderen Bremse,
durchgeführt.
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Optional
kann die Einwegbremse 66 entfallen, wobei deren Funktion
durch die Bremse 70 wahrgenommen wird. Wenn die Bremse 66 entfällt,
müssen jedoch die Bremsen 68 und 70 gemeinsam
im ersten Gang betrieben werden und erfordern somit eine unabhängige
Betätigung.
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Ein
Getriebe gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 4 dargestellt.
Das Getriebe weist vier einfache Planetenradsatzanordnungen 20, 30, 40 und 50 auf.
Die Getriebeantriebswelle 16 wird durch den Verbrennungsmotor
des Fahrzeuges über eine Drehmomentwandleranordnung 80 betätigt.
Das zweite Sonnenrad 32 ist an der Getriebeantriebswelle 16 festgelegt. Der
erste Planetenträger 26 ist an das vierte Hohlrad 54 gekoppelt.
Das dritte Sonnenrad 42 ist an das vierte Sonnenrad 52 gekoppelt.
Der zweite Planetenträger 36 ist an das dritte
Hohlrad 44 gekoppelt. Eine Getriebeabtriebswelle 12 treibt
die Fahrzeugräder an, was vorzugsweise über eine
Antriebswelle, eine Differenzialanordnung und Hinterachsenwellen
erfolgt. Die Getriebeabtriebswelle 12 ist an dem dritten Planetenträger 46 festgelegt.
Ein Getriebegehäuse 14 liefert eine Abstützung
für die Zahnradsätze, die Eingangswelle und die
Abtriebswelle.
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Die
Kupplung 60 sowie eine weitere Kupplung 100 und
eine zusätzliche Kupplung 102 sind vorzugsweise
hydraulisch betätigte Reibungskupplungen, welche zwei Elemente
lösbar miteinander kuppeln, wenn hydraulischer Druck ausgeübt
wird, und welche diese Elemente voneinander entkuppeln, wenn der
hydraulische Druck verringert wird. Die Kupplung 60 koppelt
die Getriebeantriebswelle 16 lösbar mit dem ersten
Planetenträger 26 und dem vierten Hohlrad 54.
Die weitere Kupplung 100 koppelt das erste Hohlrad 24 lösbar
mit dem zweiten Hohlrad 34 und dem vierten Planetenträger 56.
Die zusätzliche Kupplung 102 koppelt das erste
Hohlrad 24 lösbar mit dem zweiten Planetenträger 36 und
dem dritten Hohlrad 44.
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Die
Bremsen 68 und 70 sind vorzugsweise elektromechanisch
betätigte Reibungsbremsen, welche ein Element gegen Rotation
in Reaktion auf die Rotation eines Elektromotors festhalten, und
welche dieses Element freigeben, wenn der Elektromotor in der entgegengesetzten
Richtung rotiert. Die Bremse 68 hält das dritte
Sonnenrad 42 und das vierte Sonnenrad 52 lösbar
gegen Rotation fest. Die Bremse 70 hält den ersten
Planetenträger 26 und das vierte Hohlrad 54 lösbar
gegen Rotation fest. Die Bremsen 68 und 70 werden über
den Motor 96 und den Kolben 98 betätigt.
Eine Rotation des Motors 96 in eine Richtung drückt
den Kolben 98 gegen die Bremse 68, und eine Rotation
in der entgegengesetzten Richtung drückt den Kolben 98 gegen
die Bremse 70. In einer Zwischenposition sind beide Bremsen
gelöst.
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Die
Bremse 64 hält das erste Sonnenrad 22 lösbar
gegen Rotation fest. Die Bremse 64 kann entweder eine elektromechanisch
betätigte Bremse oder eine hydraulisch betätigte
Bremse sein.
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Die
Einwegbremse 66 ist ein passives Kopplungselement, welches
es dem ersten Planetenträger 26 und dem vierten
Hohlrad 54 ermöglicht, in einer positiven Richtung
frei zu rotieren, wobei sie jedoch eine Rotation in der entgegengesetzten
Richtung verhindert.
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Das Übersetzungsverhältnis
wird ausgewählt, indem drei der Kupplungen und Bremsen
wie in 5 angegeben betätigt werden. Ein (”X”)
weist darauf hin, dass die Kupplung in diesem Gang gewöhnlich
betätigt wird, jedoch keinerlei Drehmoment trägt.
In dem ersten Gang ist es nur erforderlich, eine Reibungsbremse
zu betätigen, da die Einwegbremse 66 passiv wirkt
und die Kupplung 102 zum Aufbau des Kraftübertragungsweges
nicht erforderlich ist.
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Wenn
sich das Fahrzeug stationär im (Vorwärts-)Fahrtmodus
befindet, wird das Getriebe für eine Fahrt in Vorwärtsrichtung
im ersten Gang vorbereitet, indem der Motor 96 zur Betätigung
der Bremse 68 rotiert. Wenn der Fahrer signalisiert, dass
er zum Start bereit ist, wird der Verbrennungsmotor schnell gestartet.
Der Verbrennungsmotor treibt das Flügelrad 82 an,
und hydrodynamische Kräfte innerhalb des Drehmomentwandlers
erzeugen Drehmoment an der Turbine 84 und an der Getriebeantriebswelle 16.
Die Bremse 68 und die Einwegbremse 66 liefern ein
Reaktionsdrehmoment, so dass ein Vielfaches des Eingangsdrehmomentes
an die Getriebeabtriebswelle 12 unter Beschleunigung des
Fahrzeuges übertragen wird.
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Die
motorbetriebene hydraulische Pumpe beginnt damit, Druck in dem Ventilkörper
aufzubauen, kurz nachdem der Verbrennungsmotor gestartet wurde.
Zu dem Zeitpunkt, zu dem das Fahrzeug zum Schalten in den zweiten
Gang bereit ist, ist hydraulischer Druck verfügbar. Die
Kupplung 102 wird eingerückt, sobald hydraulischer
Druck verfügbar wird. Zum Schalten in den zweiten Gang
wird die Bremse 64 schrittweise betätigt, wobei
die Bremse 68 und die Kupplung 102 in dem vollständig
betätigten Zustand gehalten werden. Wenn die Drehmomentkapazität der
Bremse 64 zunimmt, geht die Einwegbremse 66 in
den Freilauf (”overrun”). Es ist vorteilhaft,
die Überbrückungskupplung 90 bald nach
Verfügbarkeit des hydraulischen Druckes zu betätigen,
um den mit einem offenen Drehmomentwandler verbundenen Energieverlust
zu minimieren.
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Zum
Schalten aus dem zweiten in den dritten Gang wird die Kupplung 60 schrittweise
eingerückt, während die Bremse 64 schrittweise
gelöst wird. Zum Schalten aus dem dritten in den vierten
Gang wird die Kupplung 100 schrittweise eingerückt,
während die Kupplung 60 schrittweise gelöst
wird. Die Bremse 68 und die Kupplung 102 werden
während sämtlicher dieser Übergänge
in dem vollständig betätigten Zustand gehalten.
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Zum
Schalten aus dem vierten in den fünften Gang wird die Kupplung 60 schrittweise
eingerückt, während die Bremse 68 schrittweise
gelöst wird. Der fünfte Gang ist ein (Vorwärts-)Fahrtgang.
Zum Schalten aus dem fünften in den sechsten Gang wird
die Bremse 64 schrittweise betätigt, während
die Kupplung 60 schrittweise gelöst wird. Die
Kupplung 100 und die Kupplung 102 werden während
dieser Übergänge in dem vollständig betätigten
Zustand gehalten.
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Zum
Schalten aus dem sechsten in den siebten Gang wird die Kupplung 60 schrittweise
eingerückt, während die Kupplung 102 schrittweise
gelöst wird, wobei die Kupplung 100 und die Bremse 64 im vollständig
betätigten Zustand gehalten werden. Zum Schalten aus dem
siebten in den achten Gang wird die Kupplung 102 schrittweise
eingerückt, während die Kupplung 100 schrittweise
gelöst wird, wobei die Kupplung 60 und die Bremse 64 im
vollständig betätigten Zustand gehalten werden.
Sämtliche Schaltvorgänge können ohne
Unterbrechung des Kraftübertragungsflusses durchgeführt
werden.
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Ein
weiteres Übersetzungsverhältnis, welches zwischen
dem siebten und dem achten Gang liegt, ist verfügbar, indem
die Bremse 70, die Kupplung 100 und die Kupplung 102 betätigt
werden. Allerdings ist es nicht möglich, auf dieses Übersetzungsverhältnis
aus dem siebten Gang oder dem achten Gang umzuschalten, ohne den
Kraftfluss zu unterbrechen. Ein Schalten aus dem sechsten Gang in
dieses zusätzliche Übersetzungsverhältnis
wird erreicht, indem die Bremse 70 schrittweise betätigt wird,
während die Bremse 64 schrittweise gelöst wird,
wobei die Kupplung 100 und die Kupplung 102 im
vollständig eingerückten Zustand gehalten werden.
Die Steuerstrategie kann die Verwendung dieses zusätzlichen Übersetzungsverhältnisses
anstelle des siebten und des achten Ganges in Situationen auswählen,
in denen der reguläre achte Gang zu niedrig für
einen Schon- bzw. Schnellgang ist, beispielsweise wenn ein schwerer
Anhänger gezogen wird.
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Ein
Hinunterschalten in einen niedrigeren Gang wird erreicht, indem
die zuvor beschriebenen Schritte für das Hochschalten umgekehrt
werden.
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Wenn
das Fahrzeug im Rückwärtsgang stillsteht, wird
das Getriebe für eine Bewegung im Rückwärtsgang
vorbereitet, indem die Kupplung 102, die Bremse 64 und
die Bremse 70 betätigt werden. Der Verbrennungsmotor
muss laufen, um hydraulischen Druck an die Kupplung 102 zu
liefern. Der Verbrennungsmotor treibt das Flügelrad 82 an,
und hydrodynamische Kräfte innerhalb des Drehmomentwandlers
erzeugen Drehmoment an der Turbine 84 und der Getriebeantriebswelle 16.
Die Bremsen 64 und 70 erzeugen ein Reaktionsdrehmoment,
so dass ein Mehrfaches des Eingangsdrehmomentes, in der entgegengesetzten Richtung
zum Eingangsdrehmoment, an die Abtriebswelle 12 unter Beschleunigung des
Fahrzeuges übertragen wird.
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Wie
bei der ersten Ausführungsform kann die Erfindung gemäß der
zweiten Ausführungsform mit einigen funktionellen Einschränkungen
ohne die Einwegbremse oder den Drehmomentwandler oder mit einer
vollständig hydraulischen Betätigung realisiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 5030184 [0023]
- - US 6126566 [0023]
- - US 6699153 [0026]