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GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Mehrganggetriebe, das mehrere Planetenradsätze und mehrere Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist, und genauer ein Getriebe, das zehn oder mehr Gänge, vier Planetenradsätze und mehrere Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist.
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HINTERGRUND
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Die Aussagen in diesem Abschnitt bieten lediglich Hintergrundinformationen, die mit der vorliegenden Offenbarung in Beziehung stehen, und brauchen keinen Stand der Technik zu bilden.
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Ein typisches Mehrganggetriebe benutzt eine Kombination aus Reibkupplungen und Bremsen, 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.
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Obgleich gegenwärtige Getriebe ihren vorgesehenen Zweck erfüllen, ist der Bedarf für neue und verbesserte Getriebekonfigurationen, die ein verbessertes Leistungsvermögen, insbesondere von den Standpunkten des Wirkungsgrades, des Ansprechvermögens und des ruhigen Betriebes aus, sowie einen verbesserten Bauraum, primär reduzierte Größe und reduziertes Gewicht, zeigen, im Wesentlichen konstant. Dementsprechend gibt es einen Bedarf für ein verbessertes, kostengünstiges und kompaktes Mehrganggetriebe.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es ist ein Getriebe vorgesehen, das ein Eingangselement, ein Ausgangselement, zwei Planetenradsätze, eine Planetenradsatzanordnung, mehrere Kopplungselemente und mehrere Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist. Jeder der zwei Planetenradsätze umfasst ein erstes, ein zweites und ein drittes Element. Die Planetenradsatzanordnung umfasst ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Element. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen sind zum Beispiel Kupplungen und Bremsen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein erster Planetenradsatz ein Sonnenrad, ein Trägerelement und ein Hohlrad auf.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein zweiter Planetenradsatz ein Sonnenrad, ein Trägerelement und ein Hohlrad auf, und das Ausgangselement ist ständig mit dem Hohlradelement des zweiten Planetenradsatzes verbunden.
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Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Planetenradsatzanordnung ein erstes Sonnenrad, ein zweites Sonnenrad, ein Trägerelement und ein Hohlrad auf, und das Eingangselement ist ständig mit dem Trägerelement der Planetenradsatzanordnung verbunden.
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Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung verbindet ein erstes Verbindungselement das Hohlrad der Planetenradsatzanordnung ständig mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes.
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Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung verbindet ein zweites Verbindungselement das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem Trägerelement des zweiten Planetenradsatzes.
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Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung selektiv einrückbar, um das Trägerelement der Planetenradsatzanordnung und das Eingangselement mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes zu verbinden.
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Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung selektiv einrückbar, um das zweite Sonnenrad der Planetenradsatzanordnung mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes zu verbinden.
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Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung selektiv einrückbar, um das Trägerelement des ersten Planetenradsatzes mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes zu verbinden.
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Gemäß nochmals einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung selektiv einrückbar, um das Trägerelement des ersten Planetenradsatzes mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes und dem Hohlrad der Planetenradsatzanordnung zu verbinden.
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Gemäß nochmals einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung selektiv einrückbar, um das erste Sonnenrad der Planetenradsatzanordnung mit dem feststehenden Element zu verbinden.
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Gemäß nochmals einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine sechste Drehmomentübertragungseinrichtung selektiv einrückbar, um das Trägerelement des ersten Planetenradsatzes mit dem feststehenden Element zu verbinden, und wobei die Drehmomentübertragungseinrichtungen jeweils selektiv in Kombinationen von zumindest dreien einrückbar sind, um zumindest zehn Vorwärtsgänge und zumindest einen Rückwärtsgang zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement herzustellen.
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Weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen deutlich werden, in denen gleiche Bezugszeichen auf das gleiche Bauteil, Element oder Merkmal verweisen.
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ZEICHNUNGEN
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Veranschaulichungszwecken und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
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1 ist ein Hebeldiagramm einer Ausführungsform eines Zehnganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Zehnganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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3 ist eine Wahrheitstabelle, die den Einrückungszustand der verschiedenen Drehmomentübertragungselemente in jedem der verfügbaren Vorwärts- und Rückwärtsgänge oder -übersetzungsverhältnisse des in den 1 und 2 veranschaulichten Getriebes darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Nutzungen nicht einschränken.
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Zu Beginn ist festzustellen, dass in dem besonderen gegebenen Beispiel das Zehngang-Automatikgetriebe der vorliegenden Erfindung eine Anordnung von permanenten mechanischen Verbindungen zwischen den Bauteilen oder Elementen der vier Planetenradsätze aufweist. Ein drittes Bauteil oder Element des ersten Planetenradsatzes ist permanent mit einem dritten Bauteil oder Element eines zweiten Planetenradsatzes gekoppelt. Ein zweites Bauteil oder Element des ersten Planetenradsatzes und das Eingangselement sind permanent mit einem zweiten Bauteil oder Element eines zweiten Planetenradsatzes gekoppelt. Ein drittes Bauteil oder Element eines zweiten Planetenradsatzes ist permanent mit einem ersten Bauteil oder Element eines dritten Planetenradsatzes gekoppelt. Ein drittes Bauteil oder Element eines dritten Planetenradsatzes ist permanent mit einem zweiten Bauteil oder Element eines vierten Planetenradsatzes gekoppelt.
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Nun unter Bezugnahme auf 1 ist eine Ausführungsform eines Zehnganggetriebes 10 in einem Hebeldiagrammformat veranschaulicht. 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. In manchen Fällen können zwei Hebel zu einem einzigen Hebel, der mehr als drei Knoten (typischerweise vier Knoten) aufweist, kombiniert sein. Wenn zum Beispiel zwei Knoten an zwei unterschiedlichen Hebeln durch eine feste Verbindung verbunden sind, können sie als ein einziger Knoten an einem einzigen Hebel dargestellt werden. 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 variieren, um geeignete Verhältnisse und eine geeignete Verhältnisprogression zu erreichen. Mechanische Kopplungseinrichtungen oder Verbindungen zwischen dem Knoten der verschiedenen Planetenradsätze sind durch dünne, horizontale Linien veranschaulicht, und Drehmomentübertragungseinrichtungen, wie Kupplungen und Bremsen, sind als ineinander greifende Finger dargestellt. Wenn die Einrichtung eine Bremse ist, ist ein Satz der Finger festgelegt. Eine weitergehende Erläuterung des Formats, Zwecks und der Verwendung von Hebeldiagrammen ist in der SAE-Druckschrift 810102 ”The Lever Analogy: A New Tool in Transmission Analysis” von Benford und Leising zu finden, die hiermit durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
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Das Getriebe 10 umfasst eine Eingangswelle oder ein Eingangselement 12, einen ersten Planetenradsatz 14, einen zweiten Planetenradsatz 16, einen dritten Planetenradsatz 18, einen vierten Planetenradsatz 20 und eine Ausgangswelle oder ein Ausgangselement 22. In dem Hebeldiagramm von 1 weist der erste Planetenradsatz 14 drei Knoten auf, jeweils: einen ersten Knoten 14A, einen zweiten Knoten 14B und einen dritten Knoten 14C. Der zweite Planetenradsatz 16 weist drei Knoten auf, jeweils: einen ersten Knoten 16A, einen zweiten Knoten 16B und einen dritten Knoten 16C. Der dritte Planetenradsatz 18 weist drei Knoten auf, jeweils: einen ersten Knoten 18A, einen zweiten Knoten 18B und einen dritten Knoten 18C. Der vierte Planetenradsatz 20 weist drei Knoten auf, jeweils: einen ersten Knoten 20A, einen zweite Knoten 20B und einen dritten Knoten 20C.
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Der erste Knoten 14A des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit einem feststehenden Element oder einem Getriebegehäuse 50 gekoppelt. Das Eingangselement 12 ist mit dem zweiten Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 20 gekoppelt. Der zweite Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 gekoppelt. Der dritte Knoten 14C des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 gekoppelt. Der dritte Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 ist mit dem ersten Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt. Der dritte Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18 ist mit dem zweiten Knoten 20B des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt. Das Ausgangselement 22 ist mit dem dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt.
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Eine erste Kupplung 24 verbindet den ersten Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14, den zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 und das Eingangselement 12 selektiv mit dem ersten Knoten 20A des vierten Planetenradsatzes 20. Eine zweite Kupplung 26 verbindet den ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem ersten Knoten 20A des vierten Planetenradsatzes 20. Eine dritte Kupplung 28 verbindet den zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 selektiv mit dem ersten Knoten 20A des vierten Planetenradsatzes 20. Eine vierte Kupplung 30 verbindet den dritten Knoten 14C des ersten Planetenradsatzes 14, den dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 und den ersten Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18 selektiv mit dem zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18. Eine erste Bremse 32 verbindet den ersten Knoten 14A des ersten Planetenradsatzes 14 selektiv mit einem feststehenden Element oder einem Getriebegehäuse 50. Eine zweite Bremse 34 verbindet den zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 selektiv mit einem feststehenden Element oder einem Getriebegehäuse 50.
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Nun unter Bezugnahme auf 2 stellt ein Stickdiagramm ein schematisches Layout der Ausführungsform des Zehnganggetriebes 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dar. In 2 wird die Nummerierung aus dem Hebeldiagramm von 1 übernommen. Die Kupplungen, Bremsen und Kopplungseinrichtungen sind entsprechend dargestellt, wohingegen die Knoten der Planetenradsätze nun als Bauteile von Planetenradsätzen, wie Sonnenräder, Hohlräder, Planetenräder und Planetenradträger, erscheinen.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Planetenradsätze 14 und 16 (die in dem Hebeldiagramm von 1 gezeigt sind) kombiniert, um eine Planetenradsatzanordnung 17 zu bilden. Die Planetenradsatzanordnung 17 umfasst ein Sonnenradelement 14A, ein Hohlradelement 14C/16C und ein Planetenradträgerelement 14B/16C, das einen Satz Planetenräder 19 (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Die Planetenräder 19 sind lange Ritzelräder, die ein erstes Ende 19a aufweisen, das größer als ein zweites Ende 19b ist. Die Planetenräder 19 sind jeweils ausgestaltet, um mit sowohl dem Sonnenradelement 14A als auch dem Hohlradelement 14C/16C an dem ersten Ende 19a zu kämmen und mit dem Sonnenradelement 16A an dem zweiten Ende 19b zu kämmen. Das Sonnenradelement 14A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer ersten Welle oder einem ersten Verbindungselement 42 verbunden. Das Hohlradelement 14C/16C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer zweiten Welle oder einem zweiten Verbindungselement 44 verbunden. Das Planetentragerelement 14B/16C ist zur gemeinsamen Rotation mit der Eingangswelle oder dem Eingangselement 12 verbunden.
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Der Planetenradsatz 18 umfasst ein Sonnenradelement 18A, ein Hohlradelement 18C und ein Planetenradträgerelement 18B, das einen ersten Satz Planetenräder 18D (von denen nur eines gezeigt ist) und einen zweiten Satz Planetenräder 18E (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Die Planetenräder 18D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenradelement 18A als auch dem zweiten Satz Planetenräder 18E zu kämmen. Die Planetenräder 18E sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Hohlradelement 18C als auch dem ersten Satz Planetenräder 18D zu kämmen. Das Sonnenradelement 18A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer zweiten Welle oder einem zweiten Verbindungselement 44 verbunden. Das Planetenträgerelement 18B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer dritten Welle oder einem dritten Verbindungselement 46 und einer vierten Welle oder einem vierten Verbindungselement 48 verbunden. Das Hohlradelement 18C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer fünften Welle oder einem fünften Verbindungselement 52 verbunden.
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Der Planetenradsatz 20 umfasst ein Sonnenradelement 20A, ein Hohlradelement 20C und ein Planetenradträgerelement 20B, das einen Satz Planetenräder 20D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Die Planetenräder 20D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenradelement 20A als auch dem Hohlradelement 20C zu kämmen. Das Sonnenradelement 20A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer sechsten Welle oder einem sechsten Verbindungselement 54 verbunden. Das Hohlradelement 20C ist zur gemeinsamen Rotation mit dem Ausgangswellenelement 22 verbunden. Das Planetenträgerelement 20B ist zur gemeinsamen Rotation mit der fünften Welle oder dem fünften Verbindungselement 52 verbunden.
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Die Eingangswelle oder das Eingangselement 12 ist ständig mit einer Maschine (nicht gezeigt) oder mit einem Turbinenrad eines Drehmomentwandlers (nicht gezeigt) verbunden. Die Ausgangswelle oder das Ausgangselement 22 ist ständig mit der Achsantriebseinheit oder dem Verteilergetriebe (nicht gezeigt) verbunden.
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Die Drehmomentübertragungsmechanismen oder erste Kupplung 24, zweite Kupplung 26, dritte 28, vierte 30 sowie Bremsen 32 und 34 sorgen für eine selektive Verbindung der Wellen oder Verbindungselemente, der Elemente der Planetenradsätze und des Gehäuses. Zum Beispiel ist die erste Kupplung 24 selektiv einrückbar, um das Eingangswellenelement 12 mit der sechsten Welle oder dem sechsten Verbindungselement 54 zu verbinden. Die zweite Kupplung 26 ist selektiv einrückbar, um die dritte Welle oder das dritte Verbindungselement 46 mit der sechsten Welle oder dem sechsten Verbindungselement 54 zu verbinden. Die dritte Kupplung 28 ist selektiv einrückbar, um die vierte Welle oder das vierte Verbindungselement 48 mit der sechsten Welle oder dem sechsten Verbindungselement 54 zu verbinden. Die vierte Kupplung 30 ist selektiv einrückbar, um die zweite Welle oder das zweite Verbindungselement 44 mit der dritten Welle oder dem dritten Verbindungselement 46 zu verbinden. Die erste Bremse 32 ist selektiv einrückbar, um die erste Welle oder das erste Verbindungselement 42 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 42 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 zu verhindern. Die zweite Bremse 34 ist selektiv einrückbar, um die dritte Welle oder das dritte Verbindungselement 46 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 46 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 zu verhindern.
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Nun wird unter Bezugnahme auf die 2 und 3 die Arbeitsweise der Ausführungsform des Zehnganggetriebes 10 beschrieben. Es ist festzustellen, dass das Getriebe 10 in der Lage ist, Drehmoment von der Eingangswelle oder dem Eingangselement 12 auf die Ausgangswelle oder das Ausgangselement 22 in zumindest zehn Vorwärtsgängen oder -drehmomentverhältnissen und zumindest einem Rückwärtsgang oder -drehmomentverhältnis mit einem Vierfach-Overdrive zu übertragen. Jeder Vorwärts- und Rückwärtsgang oder jedes Vorwärts- und Rückwärtsdrehmomentverhältnis wird durch Einrückung von einem oder mehreren der Drehmomentübertragungsmechanismen (d. h. erste Kupplung 24, zweite Kupplung 26, dritte Kupplung 28, vierte Kupplung 30, erste Bremse 32 und zweite Bremse 34) erzielt, wie es nachstehend erläutert wird. 3 ist eine Wahrheitstabelle, die die verschiedenen Kombinationen von Drehmomentübertragungselementen 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.
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Um den Rückwätsgang herzustellen, werden die erste Kupplung 24, die vierte Kupplung 30 und die zweite Bremse 34 eingerückt oder aktiviert. Die erste Kupplung 24 verbindet das Eingangswellenelement 12 selektiv mit der sechsten Welle oder dem sechsten Verbindungselement 54. Die erste Bremse 32 verbindet die erste Welle oder das erste Verbindungselement 42 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50, um eine Rotation des Elements 42 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 zu verhindern. Die zweite Bremse 34 verbindet die dritte Welle oder das dritte Verbindungselement 46 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50, um eine Rotation des Elements 46 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 zu verhindern. Gleichermaßen werden die zehn Vorwärtsgänge durch unterschiedliche Kombinationen einer Kupplungs- und Bremseneinrückung erreicht, wie es in 3 gezeigt ist.
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Es ist festzustellen, dass die vorstehende Erläuterung der Arbeitsweise und der Gangzustände des Zehnganggetriebes 10 zuallererst von der Annahme ausgeht, dass alle in einem gegebenen Gangzustand nicht speziell genannten Kupplungen und Bremsen inaktiv oder ausgerückt sind, 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.
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Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur, und Abwandlungen, die nicht vom Kern der Erfindung abweichen, sollen im Umfang der Erfindung liegen. Derartige Abwandlungen sind nicht als eine Abweichung vom Gedanken und Umfang der Erfindung anzusehen.
