CN100385144C - 有多个换档部件的变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种变速器，尤其自动变速器，它包括多个换档部件(A、B、C、D、E)和多个可通过换档部件(A至E)接入功率流中的齿轮(2、3)，其中，为了调整传动比总是接合换档部件(A至E)中至少一个。在换高档时接合的那些换档部件(B、C、E)设计为摩擦力封闭连接的换档部件，以及，在换高档时分别成为只是一个要脱开的换档部件的那些换档部件(A、D)设计为形封闭连接的换档部件。

Description

有多个换档部件的变速器
技术领域
本发明涉及一种变速器，尤其自动变速器。
背景技术
由DE 199 10 299 C1已知一种行星齿轮变速器，其中，输入轴可通过三个行星齿轮分变速器中至少一个与输出轴进入驱动连接。在使用各三个摩擦力封闭的离合器和制动器的情况下，可接通五个前进档，其中包括一个有传动比为1的直接档。通过断开在三个分变速器中两个之间规定的驱动连接，可获得一个附加的第六个前进档。与之不同地，附加的第六个前进档可通过附加的副行星齿轮和通过一个与此副行星齿轮啮合的附加的外部副中心齿轮达到，其中，副中心齿轮可借助一附加的制动器制动在此第六前进档上。在另一种实施形式中，通过此副中心齿轮还可以实现第七前进档以及一个附加的倒车档。
由EP 0 434 525 B1已知一种汽车的多档自动变速器，它由多个行星齿轮组组成，行星齿轮组借助摩擦装置如离合器和制动器接通，并通常与一个受到滑动作用的以及按选择设一跨接离合器的起动部件，如液压式变扭器或液压离合器连接。
然而这类自动变速器有缺点，它所有的换档部件均设计为摩擦力封闭连接的多片式离合器或多片式制动器，它们需要很大的结构空间而且非常昂贵。
发明内容
本发明的目的是提供一种前言所述类型的变速器，它需要小的结构空间以及可经济地生产。
按本发明，提出一种变速器，包括多个换档部件和多个可通过换档部件接入功率流中的齿轮，其中，为了调整传动比总是接合换档部件中至少一个，其特征为：在换高档时接合的换档部件设计为摩擦力封闭连接的换档部件，而在换高档时分别仅构成要脱开的换档部件的那些换档部件设计为形封闭连接的换档部件。
通过在按本发明的变速器中，将在换高档(Hochschatung)时接合的那些换档部件设计为摩擦力封闭连接的换档部件，以及将在换高档时总是只作为一个要脱开的换档部件的那些换档部件分别设计为形封闭连接的换档部件，与由先有技术已知的变速器相比较，创造了一种所需结构空间较小和能经济地生产的变速器，因为此按本发明的变速器有较少的摩擦装置和压力调节器。
此外，与由先有技术已知的变速器相比，按本发明设计的变速器的优点在于，由未接合的摩擦力封闭的换档部件，例如多片式离合器或多片式制动器，造成的拖曳损失小得多。
在汽车上通过使用按本发明的变速器，其中用形封闭连接的换档部件替换摩擦力封闭的换档部件，可有利地获得更高的加速能力，因为形封闭的换档部件有更小的尺寸和更小的质量。
此外，按本发明的变速器有一个优点，即，在形封闭的换档部件要置于互相啮合的结构部分之间不存在由于液体摩擦会出现拖曳扭矩这种类型的变速器油，例如在摩擦力封闭的换档部件的摩擦片组的摩擦片之间便发生这种情况。在形封闭的换档部件区域内消除或减小拖曳扭矩，有利地导致更低的燃油消耗量。
采用形封闭的换档部件提供的另一个优点是，借助形封闭的换档部件通常比摩擦力封闭的换档部件可传输更大的扭矩，其中，从液压系统方面不必为形封闭的换档部件施加高的固定压力或接合压力。
附图说明
由下面借助附图原理性表示的实施例给出本发明的其他优点和进一步发展。
其中：
图1由实际工作中已知的自动变速器的齿轮系；
图2按本发明的行星齿轮变速器齿轮系；
图3按图1和图2的齿轮系中换档部件的换档图；
图4按本发明的负载换档有中间轴的变速器齿轮系；以及
图5按图4的齿轮系中换档部件的换档图。
具体实施方式
图1和图2分别表示自动变速器或行星齿轮变速器的齿轮系，变速器在其输入侧有一第一行星齿轮组2以及在其输出侧有一第二行星齿轮组3。
第二行星齿轮组3设计为双重行星齿轮组以及是一种所谓的Ravigneauxsatz齿轮组。在两个行星齿轮组2、3之间设五个用符号A、B、C、D、E表示的换档部件，其中在这些换档部件中总是有两个为体现行星齿轮变速器的一个传动比被接合。
按图1的齿轮系基本上对应于按图2的齿轮系，其中按图1的齿轮系1的换档部件A至E全都设计为摩擦力封闭的换档部件。在按图2的齿轮系1中，换档部件A和D设计为形封闭的换档部件，以及换档部件B、C和E设计为摩擦力封闭的换档部件。
在通过图1和图2中的齿轮系示意表示的行星齿轮变速器中可调整六个前进档和一个倒车档，在图3中详细表示的换档图说明了在各变速级与换档部件A、B、C、D、E之间的关系。
图3的换档图4用列表的方式表示，表的第一列列出各变速器档位“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”和“R”。此外，在表4的第一行列出各换档部件A至E以及行星齿轮变速器在各调好的档位时的总传动比i。
由换档图4可以看出，例如为了调整为第一档位或第一传动比“1”，换档部件A和D接合以及与此同时换档部件B、C和E处于脱开状态。调好的传动比为4.16。在从第一档位“1”出发换高档到第二档位“2”时，换档部件A保持接合，换档部件C被接合，与此同时脱开换档部件D。设计为多片式离合器的换档部件C的接合通过一个用于补偿变速器内转速差的换档部件C的打滑阶段完成。
此外，由换档图的表4还可以看出，为了体现档位“1”至“4”，换档部件A总是接合的，以及分别使用换档部件D、C、B或E作为体现行星齿轮变速器相应的变速级的另一个换档部件。为调整一个档位被接合的那些换档部件在表4中用一个黑点表示，以及表4中没有黑点的空格表示该换档部件当时是脱开的。
由换档图4可得出，换档部件A和换档部件D在换高档时都不接合，而换档部件B在从档位“2”换高档到档位“3”时，换档部件C在从档位“1”换高档到档位“2”时以及换档部位E在从档位“3”换高档到档位“4”时被接合。
此外，由图3的换档图还可看出，换档部件A和D在换低档(Rückschatung)时都不是那种在较高档位处于行星齿轮变速器力流中以及在过渡到较低档位时脱开的换档部件。
在这里，在换高档时为调整为新的较高的档位而被接合的那些换档部件，通过所谓的打滑运行均衡在行星齿轮变速器内的转速差。在换低档时，在行星齿轮变速器内的转速差由处于打滑运行中的那些换档部件补偿，即它们起先为了调整为更高的档位被接合以及当在新的较低档位要接合的换档部件上存在转速等同性时脱开，在此期间新的换档部件与此同时无打滑阶段地接合。
由此原因有利地存在这种可能性，即，将按图2的齿轮系1的换档部件A和D设计为形封闭的换档部件，因为既不在换高档时也不在换低档时借助这些换档部件通过打滑阶段补偿行星齿轮变速器内的转速差。
在换档过程中行星齿轮变速器内被补偿的转速差，分别在换高档时由要接合的换档部件以及在换低档时由要脱开的换档部件加以均衡化。因此只有换档部件B、C和E不得不设计为摩擦力封闭的换档部件，优选设计为多片式离合器或多片式制动器。那些不通过它们补偿行星齿轮变速器内转速差或只补偿小量转速差的换档部件，换句话说在这里的换档部件A和D，可以设计为形封闭的换档部件，优选按已知的结构方式设计为卡爪离合器或同步化装置。
由此，一方面保证，尤其在换牵引高档(Zughochschaltungen)和换牵引低档(Zugrückschaltungen)时，可以在牵引力不间断的情况下实施在负载下换档，以及另一方面与此同时减小由于未接合的摩擦力封闭的换档部件或多片式离合器或多片式制动器引起的拖曳损失。通过减小拖曳损失可有利地降低汽车的燃油消耗量，只要在驱动链中采用按图2的行星齿轮变速器来取代按图1的行星齿轮变速器。
在换牵引高档时，例如从第一档位“1”到第二档位“2”，设计为摩擦力封闭的多片式离合器的摩擦力。封闭的换档部件C被受控制地接合，在打滑阶段中缓慢地承担力流以及在此期间补偿转速差，而设计为同步化装置的换档部件D在转速等同时无打滑阶段地断开。
在从第二档位“2”换低档到第一档位“1”时，换档部件C缓慢地脱开并过渡到打滑状态。由此存在可能性，提升驱动机组的转速，此驱动机组在汽车驱动链中优选地是一台内燃机。采用这种优选的方式，在变速器的这样一个工作点起动，此时，在换档部件D处的转速差为零，或在此工作点换档部件D互相被置于形封闭连接的结构部分有相同的转速，所以换档部件D在没有打滑阶段的情况下通过压入接合和接通。
下面借助图2的齿轮系说明按本发明的行星齿轮变速器详细的工作方式：
变速器输入扭矩通过变速器输入轴5导引到第一行星齿轮组2的空心齿轮6上。空心齿轮6与设计为摩擦力封闭的多片式离合器的换档部件E的外摩擦片支架7连接。在第一行星齿轮组2的太阳齿轮8与第一行星齿轮组2的空心齿轮6之间滚动一行星齿轮9，它可旋转地支承在行星齿轮架10上。第一行星齿轮组2的太阳齿轮8与示意表示的变速器壳11固定连接。
第一行星齿轮组2的行星齿轮架10与优选地设计为多片式离合器的换档部件B的外摩擦片支架12和与换档部件A的构件13连接。
换档部件E的内摩擦片支架14与第二行星齿轮组3的行星齿轮架15连接，所以，在换档部件E接合时，力流从变速器输入轴5直接经第二行星齿轮组3的行星齿轮架15导引到第二行星齿轮组3上。
在这里设计为同步化装置的换档部件A除了构件13外还优选地有一个制有啮接内齿和环槽的换档接合套筒16，而构件13在这里是一个制有对应圆锥体和止动齿的同步环。换档接合套筒16的啮接内齿可与构件13的止动齿进入啮合状态，从而使换档部件A接合。换档部件A的另一个通过它与换档接合套筒的啮接内齿持续地处于啮合状态的止动齿，与第二行星齿轮组3的一个小的太阳齿轮17连接，所以在换档部件A接合时，第一行星齿轮组的行星齿轮架10与第二行星齿轮组的小太阳齿轮17固定连接。
此外，换档部件8的内摩擦片支架18与行星齿轮组3的一个大的太阳齿轮19连接。因此在换档部件B接合时，行星齿轮变速器的输入扭矩从变速器输入轴5经第一行星齿轮组的空心齿轮6、行星齿轮9和行星齿轮架10，直接导引到第二行星齿轮组的大太阳齿轮19上。此外，第二行星齿轮组3的大太阳齿轮19还与设计为多片式制动器的换档部件C的内摩擦片支架20固定连接。换档部件C的外摩擦片支架21与变速器壳11固定连接。其结果是，在换档部件C接合时，大太阳齿轮19与变速器壳11固定连接。
在这里，换档部件D同样设计为同步化装置，其中，换档部件D的一个优选地设计为制有对应圆锥体和止动齿的同步环的构件27，与变速器壳11固定连接。换档部件D优选地设计为制有啮接内齿和环槽的换档接合套筒22，与第二行星齿轮组的行星齿轮架15连接。
在第二行星齿轮组3的大太阳齿轮19与空心齿轮23之间滚动宽的行星齿轮24。在第二行星齿轮组3的小太阳齿轮17与宽的行星齿轮24之间滚动窄的行星齿轮25，在这里，宽的行星齿轮24和窄的行星齿轮25分别由第二行星齿轮组3的行星齿轮架15支承。第二行星齿轮组3的空心齿轮23与变速器输出轴26连接。
采用第一行星齿轮组2或旋转的变速器构件，通过适当地控制换档部件E以及换档部件A和B，可以实施将变速器输入扭矩分为两个变速器功率路径的功率分支。在第二行星齿轮组3处，与设计为功率分支装置的第一行星齿轮组2相反实施功率复合，使分开的、相应于各自所设置的传动比的经转换的变速器输入扭矩，复合后导引到变速器输出轴26上。
图4表示了负载换档有中间轴的变速器的另一种齿轮系“1”，作为按本发明的变速器另一种实施形式，它设计有多个圆柱齿轮对28至33和多个换档部件F、G、H、I、K、L和M。
负载换档有中间轴的变速器的换档部件规定用于接合或脱开各与之对应的圆柱齿轮级28至33，其中，换档部件F、G、H、I、K设计为摩擦力封闭的换档部件，而换档部件L、M设计为形封闭的换档部件。
在此负载换档有中间轴的变速器内可调整七个前进档和三个倒车档，在图5中表示的换档图4’说明了在各变速级与负载换档有中间轴的变速器的换档部件之间的关系。按图5的换档图4’表格式的结构基本上对应于按图3的换档图4的结构。
为了体现负载换档有中间轴的变速器的一个传动比，分别接合负载换档有中间轴的变速器的其中两个换档部件，以便将驱动机的驱动扭矩从变速器输入轴5’经中间轴34导引到变速器输出轴26上。只有在档位“6”时，驱动扭矩直接从变速器输入轴5’经换档部件I导引到变速器输出轴26’上。按换档图4，在设置档位“6”时换档部件K也接合。
因为在负载换档有中间轴的变速器内设置为档位“6”时，换档部件F、G、H或L中没有一个被接合，没有扭矩从变速器输入轴5’导引到中间轴34上，所以并没有那种会从中间轴34经圆柱齿轮级32传到变速器输出轴26’上的扭矩导引到此中间轴34上。因此换档部件K可在档位“6”时接合，以便在从档位“6”出发换高档或换低档到档位“7”或档位“5”时，可分别省去换档部件K附加的换档过程，因为换档部件K应用于体现档位“5”和“7”以及在这些情况下也必须接合。由此避免换档部件K用于脱开的换档过程以及用于接合的换档过程。
由换档图4’可以看出，例如为了调整第一档位或第一传动比“1”，换档部件F和L接合以及与此同时换档部件G、H、I、K、M处于脱开状态。此时调好的传动比为7.39。在从第一档位“1”出发换高档到第二档位“2”时，换档部件L保持接合以及换档部件G被接合，与此同时脱开换档部件F。设计为多片式离合器的换档部件G的接合通过换档部件G的一个打滑阶段完成，以补偿在变速器内的转速差。
此外由换档图4’还可看出，换档部件L为了体现档位“1”至“3”总是接合的，以及换档部件G或H分别使用作为另一个用以体现负载换档有中间轴的变速器相应变速级的换档部件。在换档图4’中那些为调整一个档位被接合的换档部件用一个黑点或一个圆圈表示，以及换档图4’中没黑点或圆圈的空格，表示那些在所涉及的档位或变速级分别脱开的换档部件。
此外，由换档图4’可以得出，换档部件L和换档部件M在换高档时都不接合，相反，换档部件F、G、H、I、K在负载换档有中间轴的变速器内换高档时一定接合在其力流内。
从按图5的换档图4’还可以看出，换档部件L和M在换低档时总是意味着是这样一种换档部件，即，它在较高档位时处于负载换档有中间轴的变速器的力流内以及在过渡到较低的档位时便脱开。
如在结合图2说明的行星齿轮变速器中那样，在负载换档有中间轴的变速器内换高档时，负载换档有中间轴的变速器的换档部件，同样在那些为了调整新的较高的档位而接合的换档部件打滑工作时，均衡在负载换档有中间轴变速器内的转速差。在换低档时，在负载换档有中间轴的变速器内的转速差，由换档部件中至少一个在打滑工作状态下补偿，这些换档部件起先为了调整为较高的档位被接合，以及当在新的较低的档位要接合的一个换档部件或要接合的一些换档部件处存在转速等同性时脱开，而与此同时新的换档部件或一些新的换档部件无打滑阶段地接合。
因此有利地存在可能性，将按图5的齿轮系1’的换档部件L和M设计为形封闭的换档部件，因为在变速器恰当控制时，无论在换高档还是在换低档的情况下都不需要借助换档部件L和M通过打滑阶段补偿在变速器内的转速差。
在负载换档有中间轴的变速器内换档期间补偿的转速差，分别在换高档时由要接合的换档部件均衡以及在换低档时由要脱开的换档部件均衡。因此，只有换档部件F、G、H、I、K才不得不设计为摩擦力封闭的换档部件，优选地设计为多片式离合器或多片式制动器。些不借助它们补偿在负载换档有中间轴的变速器内转速差或按需要只补偿其小量转速差的换档部件，换句话说在这里是换档部件L和M，可以设计为形封闭的换档部件，优选地按已知的方式设计为卡爪离合器或同步化装置。
由此有利地存在可能性，换高档和换低档可以在牵引力不间断的情况下设计为在负载下换档，并与此同时减小由于未接合的摩擦力封闭的换档部件或多片式离合器引起的拖曳损失。拖曳损失的减小又导致降低汽车的燃油消耗量，只要在汽车驱动链中采用按图4的负载换档有中间轴的变速器。
按本发明的行星齿轮变速器的换档部件A至E或负载换档有中间轴的变速器的换档部件F、G、H、I、K、L、M，在这里可液压操纵，显然，处于专家判断范围内的是，换档部件也可与之不同地借助恰当的机械致动器控制。此外，行星齿轮变速器的形封闭式换档部件A和D或负载换档有中间轴的变速器的形封闭式换档部件L和M优选地设计为，使它们在接合状态可沿两个旋转方向传输一个存在的扭矩。
按本发明的变速器一项设计规定，行星齿轮变速器或负载换档有中间轴的变速器的摩擦力封闭的换档部件中至少一个用作起动装置，由此可取消传统的起动装置，例如液压变扭器、连接在变速器上游或下游的摩擦力封闭的起动离合器等。
本发明一般而言可应用于自动变速器，这种变速器设计有多个换档部件以及多个可通过换档部件接入功率流中的齿轮。这些可接合或脱开的齿轮或齿轮对可以设计为一个行星齿轮组或多个行星齿轮组、圆柱齿轮级或由至少一个行星齿轮组与一个圆柱齿轮级构成的组合，其中，为了在变速器内调整一个传动比总是至少接合变速器换档部件之一。
尤其是如图1和2中表示的行星齿轮变速器的第二行星齿轮组可由圆柱齿轮级代替，或负载换档有中间轴的变速器的圆柱齿轮级可由一个或多个行星齿轮组代替。
本发明不限于图1、图2和图4中表示的换档部件、行星齿轮组以及圆柱齿轮级的布局。
附图标记一览表
1 齿轮系
2 第一行星齿轮组
3 第二行星齿轮组
4 表
5 变速器输入轴
6 第一行星齿轮组的空心齿轮
7 换档部件E的外摩擦片支架
8 第一行星齿轮组的太阳齿轮
9 第一行星齿轮组的行星齿轮
10 第一行星齿轮组的行星齿轮架
11 变速器壳
12 换档部件E的外摩擦片支架
13 换档部件A的构件
14 换档部件E的内摩擦片支架
15 第二行星齿轮组的行星齿轮架
16 换档部件A的换档接合套筒
17 第二行星齿轮架的小太阳齿轮
18 换档部件B的内摩擦片支架
19 第二行星齿轮组的大太阳齿轮
20 换档部件C的内摩擦片支架
21 换档部件C的外摩擦片支架
22 换档部件D的换档接合套筒
23 第二行星齿轮组的空心齿轮
24 第二行星齿轮组的宽行星齿轮
25 第二行星齿轮组的窄行星齿轮
26 变速器输出轴
27 换档部件D的构件
28至33 圆柱齿轮级
34 中间轴
A至E 行星齿轮变速器的换档部件
F、G、H、I、K、L、M 负载换档有中间轴的变速器的换档部件

Claims (13)

1.变速器，包括多个换档部件(A、B、C、D、E；F、G、H、I、K、L、M)和多个可通过换档部件接入功率流中的齿轮(2、3；28至33)，其中，为了调整传动比总是接合换档部件(A至E；F、G、H、I、K、L、M)中至少一个，其特征为：在换高档时接合的换档部件(B、C、E；F、G、H、K)设计为摩擦力封闭连接的换档部件，而在换高档时分别仅构成要脱开的换档部件的那些换档部件(A、D；L、M)设计为形封闭连接的换档部件。
2.按照权利要求1所述的变速器，其特征为：设至少一个行星齿轮组(2、3)和/或至少一个圆柱齿轮级(28至33)。
3.按照权利要求1或2所述的变速器，其特征为：换高档设计为在负载下换档。
4.按照权利要求1所述的变速器，其特征为：通过一个已接合的形封闭换档部件(A、D；L、M)可沿两个旋转方向传输扭矩。
5.按照权利要求1所述的变速器，其特征为：形封闭的换档部件(A或D；L或M)中至少一个设计为卡爪离合器。
6.按照权利要求1所述的变速器，其特征为：形封闭的换档部件(A或D；L或M)中至少一个设计为同步化装置。
7.按照权利要求1所述的变速器，其特征为：形封闭的换档部件(A或D；L或M)可机械或液压操纵。
8.按照权利要求1所述的变速器，其特征为：换档部件(C、D)中至少一个设计为制动器。
9.按照权利要求1所述的变速器，其特征为：设至少一个多轴式行星齿轮传动装置(2、3)，在此行星齿轮传动装置上可进行功率分支或功率复合，从而可调整一个规定的传动比。
10.按照权利要求9所述的变速器，其特征为：行星齿轮传动装置(3)设计为一双重的行星齿轮组。
11.按照权利要求1所述的变速器，其特征为：在换牵引高档时接合以及在换牵引低档时脱开的那些换档部件(B、C、E；F、G、H、I、K)设计为摩擦力封闭的换档部件。
12.按照权利要求11所述的变速器，其特征为：摩擦力封闭的换档部件中至少一个规定作为起动部件。
13.按照权利要求1所述的变速器，其特征为：变速器是自动变速器。
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