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Die Erfindung betrifft ein Getriebe, das neun Gänge, vier Planetenradsätze und sieben Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist.
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Ein typisches Mehrganggetriebe benutzt eine Kombination aus Reibkupplungen, Planetenradanordnungen und festen Verbindungen, um eine Mehrzahl von Übersetzungsverhältnissen zu erreichen. Die Anzahl und physikalische Anordnung der Planetenradsätze im Allgemeinen werden durch den Bauraum, die Kosten und die gewünschten Drehzahlverhältnisse 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 der Geschmeidigkeit 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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Die ältere Anmeldung
DE 10 2013 202 638 A1 offenbart Neunganggetriebe mit vier Planetenradsätzen, vier Bremsen und drei Kupplungen. Die Planetenträger des in Zählweise der vorliegenden Erfindung dritten und vierten Planetenradsatzes sind miteinander verbunden, tragen aber einzelne Sätze von Ritzelrädern und sind nicht über einen Freilauf mit dem Getriebegehäuse verbindbar.
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Die ältere Anmeldung
DE 10 2013 218 925 A1 offenbart Zehnganggetriebe mit vier Planetenradsätzen, drei Bremsen, drei Kupplungen und einem Freilauf an dem Hohlrad des in Zählweise der vorliegenden Erfindung vierten Planetenradsatzes.
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Aus der
DE 11 2008 001 182 T5 ist ein Achtganggetriebe mit vier Planetenradsätzen, vier Bremsen und drei Kupplungen bekannt. Das Getriebe weist keine miteinander verbundenen Planetenträger zweier Planetenradsätze und dementsprechend keine dadurch gelagerten Stufenritzel auf. Ein wählbare Einwegkupplung ist ebenfalls nicht vorgesehen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes, kostengünstiges und kompaktes Mehrganggetriebe zur Verfügung zu stellen,
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Diese Aufgabe wird durch ein Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben:
- 1 ist ein Hebeldiagramm eines Neunganggetriebes gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist eine schematische Darstellung des Neunganggetriebes gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
- 3A veranschaulicht einen Transfermechanismus für das in 1 gezeigte Getriebe gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
- 3B veranschaulicht einen anderen Transfermechanismus für das in 1 gezeigte Getriebe gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung; und
- 4 ist eine Schalttabelle, die den Einrückungszustand der verschiedenen Drehmomentübertragungs-Bauteile in jedem der verfügbaren Vorwärts- und Rückwärtsgänge oder -übersetzungsverhältnisse des in den 1 und 2 veranschaulichten Getriebes darstellt.
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In 1 ist das erfindungsgemäße Neunganggetriebe 10 in einem Hebeldiagrammformat veranschaulicht. Ein Hebeldiagramm ist eine schematische Darstellung der Komponenten einer mechanischen Einrichtung, wie eines Automatikgetriebes. Jeder einzelne Hebel stellt einen Planetenradsatz dar, wobei die drei grundlegenden mechanischen Komponenten des Planetengetriebes jeweils durch einen Knoten dargestellt sind. Deshalb 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 (in der Regel 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 jedes entsprechenden 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 dargestellt, und Drehmomentübertragungseinrichtungen, wie etwa Kupplungen und Bremsen, sind durch ineinander greifende Finger dargestellt.
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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 und einen vierten Planetenradsatz 20 und eine Ausgangswelle oder ein Ausgangselement 22. Der erste Planetenradsatz 14 weist drei Knoten auf: einen ersten Knoten 14A, einen zweiten Knoten 14B und einen dritten Knoten 14C. Der zweite Planetenradsatz 16 weist drei Knoten auf: einen ersten Knoten 16A, einen zweiten Knoten 16B und einen dritten Knoten 16C. In dem Hebeldiagramm von 1 sind die Hebel für den dritten Planetenradsatz 18 und den vierten Planetenradsatz 20 zu einem einzigen Vierknotenhebel kombiniert worden, der aufweist: einen ersten Knoten 18A, einen zweiten Knoten 20A, einen dritten Knoten 18B, 20B und einen vierten Knoten 18C, 20C. Somit ist das zweite Element 18B des dritten Planetenradsatzes 18 direkt mit dem zweiten Element 20B des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt, und das dritte Element 18C des dritten Planetenradsatzes 18 ist direkt mit dem dritten Element 20C des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt.
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Das Eingangselement 12 ist ständig mit dem ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 gekoppelt. Das Ausgangselement 22 ist mit dem zweiten Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 und dem vierten Knoten 18C, 20C der kombinierten Hebel des dritten und vierten Planetenradsatzes 18, 20 gekoppelt. Der erste Knoten 14A des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 gekoppelt. Der dritte Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 ist mit dem dritten Knoten 18B, 20B der kombinierten Hebel des dritten und vierten Planetenradsatzes 18, 20 gekoppelt.
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Eine erste Kupplung 24 verbindet den ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 und das Eingangselement oder die Eingangswelle 12 selektiv mit dem ersten Knoten 18A der kombinierten Hebel des dritten und vierten Planetenradsatzes 18, 20. Eine zweite Kupplung 26 verbindet den ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 und das Eingangselement oder die Eingangswelle 12 selektiv mit dem dritten Knoten 18B, 20B der kombinierten Hebel des dritten und vierten Planetenradsatzes 18, 20 und dem dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16. Eine dritte Kupplung 28 verbindet den dritten Knoten 18B, 20B der kombinierten Hebel des dritten und vierten Planetenradsatzes 18, 20 selektiv mit dem ersten Knoten 20A des vierten Planetenradsatzes 20. Eine erste Bremse 30 verbindet den ersten Knoten 18A der kombinierten Hebel des dritten und vierten Planetenradsatzes 18, 20 selektiv mit einem Getriebegehäuse 50. Eine zweite Bremse 32 verbindet den zweiten Knoten 20A der kombinierten Hebel des dritten und vierten Planetenradsatzes 18, 20 selektiv mit dem Getriebegehäuse 50. Eine dritte Bremse oder wählbare Einwegkupplung (SOWC) 34 verbindet den dritten Knoten 18B, 20B der kombinierten Hebel des dritten und vierten Planetenradsatzes 18, 20 und den dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem Getriebegehäuse 50.
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2 stellt das Neunganggetriebe 10 gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch dar. In 2 wird die Nummerierung aus dem Hebeldiagramm von 1 übernommen. Die Kupplungen und Kopplungen sind entsprechend dargestellt, wohingegen die Knoten der Planetenradsätze nun als Komponenten von Planetenradsätzen, wie Sonnenräder, Hohlräder, Planetenräder und Planetenträger, erscheinen.
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Der Planetenradsatz 14 umfasst ein Sonnenrad 14C, ein Hohlrad 14A und einen Planetenträger 14B, der einen Satz Planetenräder 14D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenrad 14C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer ersten Welle oder einem ersten Verbindungselement 42 verbunden. Das Hohlrad 14A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer zweiten Welle oder einem zweiten Verbindungselement 44 verbunden. Der Planetenträger 14B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer dritten Welle oder einem dritten Verbindungselement 46 und der Ausgangswelle oder dem Ausgangselement 22 verbunden. Die Planetenräder 14D sind jeweils derart konfiguriert, dass sie mit sowohl dem Sonnenrad 14C als auch dem Hohlrad 14A kämmen.
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Der Planetenradsatz 16 umfasst ein Sonnenrad 16A, ein Hohlrad 16C und einen Planetenträger 16B, der einen Satz Planetenräder 16D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenrad 16A ist zur gemeinsamen Rotation mit der Eingangswelle oder dem Eingangselement 12 verbunden. Das Hohlrad 16C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer vierten Welle oder einem vierten Verbindungselement 48 verbunden. Der Planetenträger 16B ist zur gemeinsamen Rotation mit der zweiten Welle oder dem zweiten Verbindungselement 44 verbunden. Die Planetenräder 16D sind jeweils derart konfiguriert, dass sie mit sowohl dem Sonnenrad 16A als auch dem Hohlrad 16C kämmen.
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Der Planetenradsatz 18 umfasst ein Sonnenrad 18A, ein Hohlrad 18C und einen Planetenträger 18B, der einen Satz gestufter Planetenräder 18D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Die gestuften Ritzel 18D weisen jeweils zwei Abschnitte mit unterschiedlichem Durchmesser 49 und 51 auf, wobei jeder Abschnitt einem der Zahnradsätze 18 bzw. 20 entspricht. Das Sonnenrad 18A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer fünften Welle oder einem fünften Verbindungselement 52 verbunden. Das Hohlrad 18C ist zur gemeinsamen Rotation mit der dritten Welle oder dem dritten Verbindungselement 46 verbunden. Der Planetenträger 18B ist zur gemeinsamen Rotation mit der vierten Welle oder dem vierten Verbindungselement 48 und mit einer sechsten Welle oder einem sechsten Verbindungselement 54 verbunden. Die gestuften Planetenräder 18D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 18A als auch dem Hohlrad 18C und mit dem Planetenradsatz 20 zu kämmen, wie es nachstehend beschrieben ist.
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Der Planetenradsatz 20 umfasst ein Sonnenrad 20A und einen Planetenträger 20B, der einen Satz gestufte Planetenräder 18D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenrad 20A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer siebten Welle oder einem siebten Verbindungselement 56 verbunden. Der Planetenträger 20B ist zur gemeinsamen Rotation mit der sechsten Welle oder dem sechsten Verbindungselement 54 und mit einer achten Welle oder einem achten Verbindungselement 58 verbunden. Die gestuften Planetenräder 18D sind jeweils ausgestaltet, um mit dem Sonnenrad 20A zu kämmen. Der Planetenradsatz 20 umfasst kein Hohlrad, wodurch die Kosten und Bauraumanforderungen des Planetenradsatzes verringert werden.
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Die Drehmomentübertragungseinrichtungen oder Kupplungen 24, 26, 28 und Bremsen 30, 32, 34 und 36 sorgen für eine selektive Verbindung der Wellen oder Verbindungselemente, der Elemente der Planetenradsätze und des Gehäuses. Die Kupplungen 24, 26, 28 und Bremsen 30, 32 und 36 sind Mechanismen vom Reib-, Klauen- oder Synchroneinrichtungstyp oder dergl., während die Bremse 34 eine SOWC ist. Die erste Kupplung 24 ist selektiv einrückbar, um die Eingangswelle oder das Eingangselement 12 mit der fünften Welle oder dem fünften Verbindungselement 52 zu verbinden. Die zweite Kupplung 26 ist selektiv einrückbar, um die Eingangswelle oder das Eingangselement 12 mit der vierten Welle oder dem vierten Verbindungselement 48 zu verbinden. Die dritte Kupplung 28 ist selektiv einrückbar, um die siebte Welle oder das siebte Verbindungselement 56 mit der achten Welle oder dem achten Verbindungselement 58 zu verbinden. Die erste Bremse 30 ist selektiv einrückbar, um die fünfte Welle oder das fünfte Verbindungselement 52 mit dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 52 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Die zweite Bremse 32 ist selektiv einrückbar, um die siebte Welle oder das siebte Verbindungselement 56 mit dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 56 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Die dritte Bremse oder SOWC 34 ist selektiv einrückbar, um die achte Welle oder das achte Verbindungselement 58 mit dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 58 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Die vierte Bremse 36 ist selektiv einrückbar, um die erste Welle oder das erste Verbindungselement 42 mit dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 42 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken.
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Die SOWC 34 umfasst im Allgemeinen einen Einwegkupplungsmechanismus 70 und einen Sperrmechanismus 72. Der Kupplungsmechanismus 70 umfasst im Allgemeinen einen Eingang 74, der mit dem Getriebegehäuse 50 verbunden ist, und einen Ausgang 76, der mit der achten Welle oder dem achten Verbindungselement 58 verbunden ist. Der Kupplungsmechanismus 70 kann irgendein Typ von Einwegkupplung sein, die Wälzkörper-, Klinken-, Spreizkörper-, mechanische Dioden- und Kipphebelkupplungen umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Der Sperrmechanismus 72 sperrt und entsperrt den Kupplungsmechanismus 70 selektiv und kann Sperrmechanismen vom Kipphebel-, Dioden-, Streben- oder Klauenkupplungstyp umfassen.
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Wenn die SOWC 34 entsperrt ist, arbeitet die SOWC 34 in gleicher Weise wie eine traditionelle Einwegkupplung, bei der der Ausgang 76 relativ zu dem Eingang 74 in einer ersten Drehrichtung frei rotieren kann, aber relativ zu dem Eingang 74 in einer zweiten entgegengesetzten Drehrichtung nicht frei rotieren kann. Wenn der Sperrmechanismus 72 eingerückt oder gesperrt ist, kann der Ausgang 76 relativ zu dem Eingang 74 in keiner der beiden Drehrichtungen rotieren. Es ist anzumerken, dass die SOWC 34 bis zu vier Betriebsmodi umfassen kann. Zum Beispiel kann die SOWC 34 auch eine offene Stellung umfassen. In der offenen Stellung entsperrt der Sperrmechanismus 72 den Ausgang 76 in beiden Drehrichtungen von dem Eingang 74. Die SOWC 34 kann auch eine weitere entsperrte Stellung umfassen, in der die SOWC 34 zulässt, dass der Ausgang 76 relativ zu dem Eingang 74 in der zweiten Drehrichtung frei rotieren kann, aber nicht zulässt, dass der Ausgang 76 relativ zu dem Eingang 74 in der ersten Drehrichtung frei rotieren kann.
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Die Eingangswelle oder das Eingangselement 12 ist ständig mit einem Drehmomentwandler, wie die Startvorrichtung 80, verbunden, und die Ausgangswelle oder das Ausgangselement 22 ist ständig mit einem Ausgangstransfermechanismus 90 verbunden. Die Startvorrichtung 80 umfasst einen Torus 82, der in einem Gehäuse 81 enthalten ist, das mit dem Getriebegehäuse 50 gekoppelt ist. Der Torus 82 ist mit einem Leitrad durch eine Einwegkupplung 84 verbunden, die sicherstellt, dass der Torus in nur einer Richtung rotiert. Der Torus 82 ist auch mit der Kraftmaschine des Kraftfahrzeugs durch eine Welle oder ein Element 85 verbunden. Die Startvorrichtung 80 umfasst ferner eine doppelte Feder/Dämpfer-Baugruppe 86 mit zwei Federn/Dämpfern 86A und 86B. Die Feder/Dämpfer-Baugruppe 86 ist mittels einer Kupplung 87 selektiv mit dem Torus 82 gekoppelt, um Schwingungsübertragung auf das Getriebe 10 zu minimieren. Ferner wird Drehmoment von der Kraftmaschine auf das Getriebe 10 übertragen, wenn die Kupplung 87 eingerückt ist. Bei anderen Implementierungen kann die Startvorrichtung 80 eine Fluidkupplung umfassen, die einer Schlupfwirkung ausgesetzt und optional mit einer Überbrückungskupplung, einer Reibkupplung vom nassen oder trockenen Typ oder einer P2-Elektromotorvorrichtung versehen ist.
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Der Transfermechanismus 90 ist mittels eines Paares Kettenräder 92 und 94, die mittels einer Kette 96 miteinander verbunden sind, mit der Ausgangswelle oder dem Ausgangselement 22 gekoppelt. Unter Bezugnahme auf 3B umfasst der Transfermechanismus 90 einen Planetenradsatz mit einem Sonnenradelement 98A, einem Hohlradelement 98C und einem Planetenradträgerelement 98B, das einen Satz Planetenräder 98D drehbar lagert. Das Sonnenradelement 98A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer Welle oder einem Verbindungselement 100 verbunden. Das Hohlradelement 98C ist mit dem Getriebegehäuse 50 verbunden. Das Planetenträgerelement 98B ist zur gemeinsamen Rotation mit einem offenen Differenzial, wie etwa einer Ritzel/Zahnrad-Baugruppe 102, verbunden. Die Planetenräder 98D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenradelement 98A als auch dem Hohlradelement 98C zu kämmen.
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Die Ritzel/Zahnrad-Baugruppe 102 umfasst einen Stift 114, der mit einem Satz Ritzelrädern 122 derart in Eingriff steht, dass Drehmoment von dem Getriebe 10 durch die Ritzel/Zahnrad-Baugruppe auf einen Satz Achsen 106 und 108 übertragen wird, die die Vorderräder des Kraftfahrzeugs antreiben. Der Transfermechanismus 90 umfasst ferner ein Paar Mechanismen 110 und 112, die mit jeweiligen Kerbzähnen derart in Eingriff stehen, dass das Getriebe 10 zur Verwendung in einem Allrad-Antriebsmodus geeignet ist.
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In einer anderen Anordnung ist der Zweiachsen-Kettenmechanismus 90 durch einen Dreiachsen-Zahnradtransfermechanismus 190, der in 3A gezeigt ist, ersetzt. Der Transfermechanismus 190 umfasst ein Satz Zahnräder 192, 194 und 196, die mit einem großen Hohlrad 198 gekoppelt sind. Das große Hohlrad 198 ist an einer Welle 202 angebracht, die durch einen Satz Lager 204 gelagert ist. Ein kleineres Hohlrad 200 ist auch an der Welle 202 derart angebracht, dass es eine Vervielfacherwirkung zwischen dem großen Hohlrad 198 und dem kleinen Hohlrad 200 gibt. Drehmoment wird von dem Zahnrad 200 auf ein anderes Zahnrad 206 übertragen, das wiederum eine Welle oder ein Element 208 rotiert. Die Welle oder das Element 208 ist mit der Ritzel/Zahnrad-Baugruppe 102 verbunden. Die Komponenten und die Arbeitsweise der Ritzel/Zahnrad-Baugruppe 102 ist die gleiche wie die oben anhand des Zweiachsen-Kettentransfermechanismus beschriebene.
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Nun wird unter Bezugnahme auf 2 und 4 die Arbeitsweise des Neunganggetriebes 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 neun Vorwärtsdrehzahl- oder -drehmomentverhältnissen und einem Rückwärtsdrehzahl- oder -drehmomentverhältnis zu übertragen. Jedes Vorwärts- und Rückwärtsdrehzahl- oder -drehmomentverhältnis wird durch Einrückung von zwei Drehmomentübertragungseinrichtungen (d.h. erste Kupplung 24, zweite Kupplung 26, dritte Kupplung 28, erste Bremse 30, zweite Bremse 32, dritte Bremse 34 und vierte Bremse 36) erzielt, wie es nachstehend erläutert wird. 4 ist eine Schalttabelle, die die verschiedenen Kombinationen von Drehmomentübertragungseinrichtungen darstellt, die aktiviert oder eingerückt werden, um die verschiedenen Gangzustände zu erreichen. Ein „X“ in dem Kasten bedeutet, dass die besondere genannte Kupplung oder Bremse eingerückt ist, um den gewünschten Gangzustand 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. Natürlich sind andere Übersetzungsverhältnisse abhängig von dem gewählten Zahnraddurchmesser, der gewählten Zahnradzähnezahl und der gewählten Zahnradkonfiguration erreichbar.
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In der Schalttabelle von 4 ist der Einrückungszustand der verschiedenen Drehmomentübertragungseinrichtungen in jedem der verfügbaren Vorwärts- und Rückwärtsgänge oder -übersetzungsverhältnisse des Getriebes 10 veranschaulicht. Dementsprechend wird ein Rückwärtsgang durch die Einrückung oder Aktivierung der ersten Kupplung 24 und der SOWC 34 hergestellt. Die erste Kupplung 24 verbindet die Eingangswelle oder das Eingangselement 12 mit der fünften Welle oder dem fünften Verbindungselement 52. Die dritte Bremse 34 verbindet die achte Welle oder das achte Verbindungselement 58 mit dem Getriebegehäuse 50, um eine Rotation des Elements 58 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Gleichermaßen werden die neun Vorwärtsgänge durch unterschiedliche Kombinationen einer Kupplungs- und Bremseneinrückung erreicht, wie es in 4 gezeigt ist.
