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Die
Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Automatikgetriebe, und insbesondere
ein automatisch schaltbares Sechsgang-Planetengetriebe, das mehrere
Schaltgänge
mit einer Kombination einer Mehrzahl von Planetengetriebesätzen realisiert.
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Ein
typischer Schaltmechanismus eines Automatikgetriebes verwendet eine
Kombination einer Mehrzahl von Planetengetriebesätzen. Ein solches Automatikgetriebe
mit der Mehrzahl von Planetengetriebesätzen ändert die Drehzahl und das
Drehmoment, das von einem Drehmomentwandler des Automatikgetriebes
aufgenommen wird, und ändert
und überträgt dementsprechend
das geänderte
Drehmoment an eine Abtriebswelle.
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Es
ist wohl bekannt, dass, wenn ein Getriebe eine größere Anzahl
von Schaltgängen
realisiert, die Übersetzungsverhältnisse
des Getriebes optimaler gestaltet werden können und daher ein Fahrzeug
einen besseren Kraftstoffverbrauch und eine bessere Leistung haben
kann. Aus diesem Grunde werden ständig Untersuchungen an einem
Automatikgetriebe vorgenommen, das mehr Schaltgänge ermöglicht.
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Außerdem sind
bei derselben Anzahl von Gängen
die Merkmale eines Automatikgetriebes, wie die Lebensdauer, die
Effizienz der Leistungsübertragung
und die Größe, sehr
von der Anordnung kombinierter Planetengetriebesätze abhängig. Daher werden die Gestaltungen
für eine
kombinierte Struktur eines Automatikgetriebes auch ständig untersucht.
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Ein
Handschaltgetriebe, das zu viele Gänge hat, führt zu Unbequemlichkeiten für den Fahrer durch übermäßig häufige Schaltvorgänge. Daher sind
die positiven Merkmale mehrerer Schaltgänge für Automatikgetriebe wichtiger,
da ein Automatikgetriebe die Schaltvorgänge im Wesentlichen ohne einen
Handbetrieb automatisch steuert.
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Zusätzlich zu
verschiedenen Entwicklungen hinsichtlich Vier- und Fünfgang-Automatikgetrieben wurden
in letzter Zeit Automatikgetriebe eingeführt, die sechs Vorwärtsgänge und
einen Rückwärtsgang realisieren,
wie zum Beispiel im US-Patent
Nr. 6,071,208, erteilt am 6. Juni 2000, zu finden ist.
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15 zeigt ein Planetengetriebe
gemäß US-Patent
Nr. 6,071,208, und 16 zeigt
ein Betriebsdiagramm für
das Planetengetriebe.
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Mit
Bezug auf 15 weist das
Planetengetriebe gemäß US-Patent
Nr. 6,071,208 einen Doppelplanetengetriebesatz PG1 und ein Paar
Einzelplanetengetriebesätze
PG2 und PG3 auf. Ein erster Träger 4 ist
mit einer Antriebswelle 2 fest verbunden, und ein zweiter
Träger 22 wirkt
immer als ein Abtriebselement.
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Bezüglich der
Verbindungen zwischen den Betriebselementen sind jeweils ein erstes
Hohlrad 6 und ein drittes Hohlrad 8, ein zweites
Sonnenrad 12 und ein drittes Sonnenrad 10, und
ein zweites Hohlrad 16 und ein dritter Träger 14 fest
miteinander verbunden. Währenddessen
ist der erste Träger 4 über eine
zwischengeschaltete erste Kupplung C1 und eine zweite Kupplung C2
mit einem ersten Sonnenrad 18 bzw. dem dritten Träger 14 verbunden.
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Außerdem weist
das Planetengetriebe ferner eine erste Bremse B1, welche die Drehung
des zweiten und des dritten Sonnenrades 12 und 10,
die fest miteinander verbunden sind, stoppen kann, eine zweite Bremse
B2, welche die Drehung des dritten Trägers 14 stoppen kann,
eine dritte Bremse B3, welche die Drehung des ersten und des dritten
Hohlrades 6 und 8 stoppen kann, und eine vierte
Bremse B4 auf, welche die Drehung des ersten Sonnenrades 18 stoppen
kann.
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Wie
oben beschrieben ist, weist das Sechsgang-Planetengetriebe gemäß US-Patent Nr. 6,071,208 sechs
Reibelemente, nämlich
zwei Kupplungen und vier Bremsen auf.
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Jedoch
ist es bevorzugt, weniger Reibelemente zu verwenden, um sechs Vorwärtsgänge und einen
Rückwärtsgang
zu ermöglichen,
so dass ein Automatikgetriebe leichter und kompakter sein kann.
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16 ist ein Betriebsdiagramm
für das
Planetengetriebe gemäß US-Patent
Nr. 6,071,208, und 17A–17F sind Tabellen, die Betriebszustände zeigen,
die erreicht werden, wenn das Planetengetriebe entsprechend dem
Betriebsdiagramm in 16 betrieben
wird.
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Insbesondere
zeigt 17A genaue Angaben
des Planetengetriebes gemäß US-Patent
Nr. 6,071,208, d.h. Übersetzungsverhältnisse
jedes Planetengetriebesatzes. 17B zeigt Übersetzungsverhältnisse
in jedem Schaltgang des Planetengetriebes, die durch die genauen
Angaben aus 17A erreicht
werden. Außerdem
zeigt 17C Drehzahlen
jedes Betriebselements relativ zu denen des Antriebselements für jeden
Schaltgang. 17D zeigt Schlupfdrehzahlen
von Reibelementen in jedem Schaltgang. 17E zeigt Drehmomentbelastungen, denen
jedes Betriebselement oder jedes Reibelement unterworfen ist. 17F zeigt Planetengetriebesätze, die
an der Leistungsübertragung
in jedem Schaltgang teilnehmen.
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Wie
in 16 gezeigt ist, wirken
bei dem Planetengetriebe gemäß US-Patent
Nr. 6,071,208 jeweils die erste und die vierte Bremse B1 und B4
im ersten Gang, die erste Kupplung C1 und die erste Bremse B1 im
zweiten Gang, die zweite Kupplung C2 und die erste Bremse B1 im
dritten Gang, die erste und die zweite Kupplung C1 und C2 im vierten
Gang, die zweite Kupplung C2 und die vierte Bremse B4 im fünften Gang,
und die zweite Kupplung C2 und die dritte Bremse B3 im sechsten
Gang. Die zweite und die vierte Bremse B2 und B4 wirken im Rückwärtsgang.
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Mit
Bezug auf das Betriebsdiagramm wird der Betriebszustand jedes Betriebselements
des Planetengetriebes gemäß US-Patent
Nr. 6,071,208 ausführlich
beschrieben. Die Planetengetriebesätze des Planetengetriebes werden
mit den in 17A gezeigten Übersetzungsverhältnissen
angenommen, so dass die in 17B gezeigten Übersetzungsverhältnisse
in jedem Gang erreicht werden.
- (1) Im dritten
Vorwärtsgang
dreht sich das erste Sonnenrad 18 mit einer Drehzahl von
mehr als der doppelten Drehzahl der Antriebswelle (17C). Außerdem ist die Schlupfdrehzahl
der vierten Bremse B4, die im dritten Gang nicht betrieben wird,
so hoch wie die des ersten Sonnenrades 18 (17D).
Der dritte Vorwärtsgang
wird häufig
eingeschaltet, wenn Beschleunigung benötigt wird, da ein Sechsgang-Automatikgetriebe üblicherweise
das Übersetzungsverhältnis von
1:1 im vierten Vorwärtsgang
erreicht. Daher verschlechtert sich die Lebensdauer eines Automatikgetriebes,
wenn sich ein Element immer mit hoher Drehzahl in einem solchen
Schaltgang dreht.
- (2) Mit Bezug auf 17D sind
die Schlupfdrehzahlen von Reibelementen für alle Gangbereiche überhöht, was
die Lebensdauer eines Automatikgetriebes verschlechtert und auch
einen übermäßigen Leistungsverlust
bewirkt. Daher muss das Planetengetriebe verbessert werden, um geringere
Schlupfdrehzahlen der Reibelemente für die Gänge D2–D6 zu haben.
Insbesondere
ist die Summe der Schlupfdrehzahlen der Reibelemente im sechsten
Vorwärtsgang D6 übermäßig groß, und daher
ist das Lebensdauerproblem im sechsten Vorwärtsgang am größten.
- (3) Mit Bezug auf 17F nehmen
bei Betrachtung der Anzahl von Planetengetriebesätzen, die an der Leistungsübertragung
teilnehmen, zumindest zwei Planetengetriebesätze an der Leistungsübertragung
für den
fünften
und den sechsten Gang teil, was die Leistungseffizienz verschlechtert.
Es ist bevorzugt, dass die Effizienz der Leistungsübertragung
verbessert wird.
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Die
EP 1 391 635 A1 offenbart
ein automatisch schaltbares Sechsgang-Planetengetriebe, aufweisend
einen ersten, zweiten und dritten Planetengetriebesatz, eine Antriebswelle,
ein Abtriebsrad, ein Getriebegehäuse,
eine erste, zweite und dritte Kupplung, und eine erste und zweite
Bremse.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein automatisch schaltbares
Sechsgang-Planetengetriebe mit einer guten Stabilität und Lebensdauer durch
eine geringe Anzahl von Reibelementen zu schaffen.
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Dies
wird gemäß der Erfindung
durch ein automatisch schaltbares Sechsgang-Planetengetriebe nach
den Merkmalen aus dem Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen
sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Die
Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 ein
automatisch schaltbares Sechsgang-Planetengetriebe gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 ein
automatisch schaltbares Sechsgang-Planetengetriebe gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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3 ein
automatisch schaltbares Sechsgang-Planetengetriebe gemäß einer dritten Ausführungsform
der Erfindung;
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4 ein
automatisch schaltbares Sechsgang-Planetengetriebe gemäß einer vierten Ausführungsform
der Erfindung;
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5 ein
Betriebsdiagramm für
ein automatisch schaltbares Sechsgang-Planetengetriebe gemäß Ausführungsformen
der Erfindung;
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6 ein
Hebeldiagramm, das Betriebsknotenpunkte (N1 bis N6) eines automatisch
schaltbaren Sechsgang-Planetengetriebes
gemäß Ausführungsformen
der Erfindung darstellt, in dem Falle, dass der erste Planetengetriebesatz
PG1 und der vierte Planetengetriebesatz PG4 gleiche Hohlrad/Sonnenrad-Zahnverhältnisse
haben;
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7 ein
Gangdiagramm für
einen ersten Vorwärtsgang
eines automatisch schaltbaren Sechsgang-Planetengetriebes gemäß Ausführungsformen der
Erfindung;
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8 ein
Gangdiagramm für
einen zweiten Vorwärtsgang
eines automatisch schaltbaren Sechsgang-Planetengetriebes gemäß Ausführungsformen der
Erfindung;
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9 ein
Gangdiagramm für
einen dritten Vorwärtsgang
eines automatisch schaltbaren Sechsgang-Planetengetriebes gemäß Ausführungsformen der
Erfindung;
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10 ein
Gangdiagramm für
einen vierten Vorwärtsgang
eines automatisch schaltbaren Sechsgang-Planetengetriebes gemäß Ausführungsformen der
Erfindung;
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11 ein
Gangdiagramm für
einen fünften Vorwärtsgang
eines automatisch schaltbaren Sechsgang-Planetengetriebes gemäß Ausführungsformen der
Erfindung;
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12 ein
Gangdiagramm für
einen sechsten Vorwärtsgang
eines automatisch schaltbaren Sechsgang-Planetengetriebes gemäß Ausführungsformen
der Erfindung;
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13 ein
Gangdiagramm für
einen Rückwärtsgang
eines automatisch schaltbaren Sechsgang-Planetengetriebes gemäß Ausführungsformen der
Erfindung;
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14A–14F Tabellen von Betriebszuständen, die erreicht werden,
wenn ein automatisch schaltbares Sechsgang-Planetengetriebe gemäß Ausführungsformen der Erfindung
mit bestimmten Übersetzungsverhältnissen
betrieben wird;
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15 ein
beispielhaftes Sechsgang-Planetengetriebe gemäß dem Stand der Technik;
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16 ein
Betriebsdiagramm für
das Planetengetriebe in 15; und
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17A–17F Tabellen von Betriebszuständen, die erreicht werden,
wenn das Planetengetriebe in 15 entsprechend
dem Betriebsdiagramm in 16 betrieben
wird.
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Mit
Bezug auf die Zeichnung werden Ausführungsformen der Erfindung
beschrieben.
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Wie
in 1 bis 4 gezeigt ist, weist ein automatisch
schaltbares Sechsgang-Planetengetriebe gemäß Ausführungsformen der Erfindung
vier Planetengetriebesätze,
nämlich
einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Planetengetriebesatz
PG1, PG2, PG3 und PG4 auf.
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Der
erste Planetengetriebesatz PG1 ist ein Einzelplanetengetriebesatz
und weist ein erstes Sonnenrad S1, einen ersten Träger PC1
und ein erstes Hohlrad R1 als dessen Betriebselemente auf. Ein erstes
Planetenrad P1, das mit dem ersten Hohlrad R1 und dem ersten Sonnenrad
S1 in Eingriff steht, ist mit dem ersten Träger PC1 verbunden und wird
von diesem getragen.
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Der
zweite Planetengetriebesatz PG2 ist ein Einzelplanetengetriebesatz
und weist ein zweites Sonnenrad S2, einen zweiten Träger PC2
und ein zweites Hohlrad R2 als dessen Betriebselemente auf. Ein
zweites Planetenrad P2, das mit dem zweiten Hohlrad R2 und dem zweiten
Sonnenrad S2 in Eingriff steht, ist mit dem zweiten Träger PC2
verbunden und wird von diesem getragen.
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Der
dritte Planetengetriebesatz PG3 ist ein Einzelplanetengetriebesatz
und weist ein drittes Sonnenrad S3, einen dritten Träger PC3
und ein drittes Hohlrad R3 als dessen Betriebselemente auf. Ein drittes
Planetenrad P3, das mit dem dritten Hohlrad R3 und dem dritten Sonnenrad
S3 in Eingriff steht, ist mit dem dritten Träger PC3 verbunden und wird
von diesem getragen.
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Der
vierte Planetengetriebesatz PG4 ist ein Einzelplanetengetriebesatz
und weist ein viertes Sonnenrad S4, einen vierten Träger PC4
und ein viertes Hohlrad R4 als dessen Betriebselemente auf. Ein
viertes Planetenrad P4, das mit dem vierten Hohlrad R4 und dem vierten
Sonnenrad S4 in Eingriff steht, ist mit dem vierten Träger PC4
verbunden und wird von diesem getragen.
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Außerdem weist,
wie in 1 bis 4 gezeigt ist, ein automatisch
schaltbares Sechsgang-Planetengetriebe gemäß Ausführungsformen der Erfindung
ferner eine Antriebswelle 100 zum Aufnehmen des Drehmoments
von einem Motor (nicht gezeigt), ein Abtriebsrad 200 zum
Abgeben des Drehmoments von dem Planetengetriebe, und ein Getriebegehäuse 300 auf.
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Das
erste Hohlrad R1 ist mit dem dritten Träger PC3 und auch mit dem vierten
Hohlrad R4 fest verbunden.
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Der
erste Träger
PC1 ist mit dem vierten Träger
PC4 fest verbunden.
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Das
erste Sonnenrad S1 ist mit dem zweiten Sonnenrad S2 fest verbunden.
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Das
zweite Hohlrad R2 ist immer feststehend, indem es mit dem Getriebegehäuse 300 fest verbunden
ist.
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Das
dritte Sonnenrad S3 wirkt immer als ein Antriebselement, indem es
mit der Antriebswelle 100 fest verbunden ist.
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Der
dritte Träger
PC3 wirkt immer als ein Abtriebselement, indem es mit dem Abtriebsrad 200 fest verbunden
ist.
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Das
vierte Sonnenrad S4 ist über
eine erste Kupplung C1 mit der Antriebswelle 100 variabel
verbunden.
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Der
erste und der vierte Träger
PC1 und PC4, die fest miteinander verbunden sind, sind über eine
zweite Kupplung C2 mit der Antriebswelle 100 variabel verbunden.
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Der
zweite Träger
PC2 ist über
eine dritte Kupplung C3 mit dem dritten Hohlrad R3 variabel verbunden.
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Der
erste und der vierte Träger
PC1 und PC4, die fest miteinander verbunden sind, sind über eine
erste Bremse B1 mit dem Getriebegehäuse 300 variabel verbunden
und an diesem festsetzbar.
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Das
zweite Sonnenrad S2 ist über
eine zweite Bremse B2 mit dem Getriebegehäuse 300 variabel verbunden
und an diesem festsetzbar.
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Wie
in 1 bis 4 gezeigt ist, sind der erste,
der zweite, der dritte und der vierte Planetengetriebesatz PG1,
PG2, PG3 und PG4 in der Reihenfolge des zweiten Planetengetriebesatzes
PG2, des ersten Planetengetriebesatzes PG1, des vierten Planetengetriebesatzes
PG4 und des dritten Planetengetriebesatzes PG3 angeordnet.
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Wie
in 1 bis 4 gezeigt ist, ist bezüglich des
ersten und des vierten Planetengetriebesatzes PG1 und PG4, die zwischen
dem zweiten und dem dritten Planetengetriebesatz PG2 und PG3 benachbart
zueinander angeordnet sind, das erste Hohlrad R1 des ersten Planetengetriebesatzes
PG1 einstückig
mit dem vierten Hohlrad R4 des vierten Planetengetriebesatzes PG4
ausgebildet. Das heißt, ein
gemeinsames Hohlrad CR wirkt gemeinsam als ein Hohlrad für den ersten
und den vierten Planetengetriebesatz PG1 und PG4.
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Außerdem ist
der erste Träger
PC1 des ersten Planetengetriebesatzes PG1 einstückig mit dem vierten Träger PC4
des vierten Planetengetriebesatzes PG4 ausgebildet. Das heißt, der
eine gemeinsame Träger
CPC wirkt gemeinsam als ein Träger
für den
ersten und den vierten Planetengetriebesatz PG1 und PG4. Das heißt, das
erste Planetenrad P1 des ersten Planetengetriebesatzes PG1 und das vierte
Planetenrad P4 des vierten Planetengetriebesatzes PG4 sind durch
einen gemeinsamen Träger CPC
miteinander verbunden und führen
denselben Betrieb durch.
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Daher
bilden der erste Planetengetriebesatz PG1 und der vierte Planetengetriebesatz
PG4 einen zusammengesetzten Planetengetriebesatz CPG.
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Bezüglich eines
solchen zusammengesetzten Planetengetriebesatzes CPG werden in der nachfolgenden
Beschreibung der erste Planetengetriebesatz PG1 und der vierte Planetengetriebesatz PG4
mit demselben Hohlrad/Sonnenrad-Zahnverhältnis angenommen.
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Eine
solche Annahme wird zur besseren Beschreibung und Erläuterung
getroffen, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Der
erste Planetengetriebesatz PG1 kann ein von dem vierten Planetengetriebesatz
PG4 abweichendes Hohlrad/Sonnenrad-Zahnverhältnis haben, und die Folgen
einer solchen Abweichung sind aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.
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Wie
in 1 gezeigt ist, ist bei einem Sechsgang-Planetengetriebe
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung der Antrieb in Bezug auf den dritten Planetengetriebesatz
PG3 an derselben Seite wie das Abtriebsrad 200 angeordnet.
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Außerdem ist
die eine von der ersten und der zweiten Kupplung C1 und C2 in Bezug
auf den dritten Planetengetriebesatz PG3 an der Antriebsseite angeordnet.
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Ebenso
ist die andere von der ersten und der zweiten Kupplung C1 und C2
in Bezug auf den zweiten Planetengetriebesatz PG2 entgegengesetzt
zu der Antriebsseite angeordnet.
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Genauer
ist die erste Kupplung C1 in Bezug auf den dritten Planetengetriebesatz
PG3 an der Antriebsseite angeordnet, und die zweite Kupplung C2 ist
in Bezug auf den zweiten Planetengetriebesatz PG2 entgegengesetzt
zu der Antriebsseite angeordnet.
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Wie
in 2 und 3 gezeigt ist, ist bei einem
Sechsgang-Planetengetriebe gemäß einer zweiten
oder einer dritten Ausführungsform
der Erfindung der Antrieb in Bezug auf den dritten Planetengetriebesatz
PG3 an derselben Seite wie das Abtriebsrad 200 angeordnet,
und die erste und die zweite Kupplung C1 und C2 sind in Bezug auf
den dritten Planetengetriebesatz PG3 an der Antriebsseite angeordnet.
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Wie
in 2 gezeigt ist, sind bei einem Sechsgang-Planetengetriebe
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung die erste und die zweite Kupplung C1 und C2 in der
Reihenfolge der ersten Kupplung C1 und der zweiten Kupplung C2 in einer
Richtung von dem dritten Planetengetriebesatz PG3 zu der Antriebsseite
angeordnet.
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Wie
in 3 gezeigt ist, sind bei einem Sechsgang-Planetengetriebe
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung die erste und die zweite Kupplung C1 und C2 in der
Reihenfolge der zweiten Kupplung C2 und der ersten Kupplung C1 in einer
Richtung von dem dritten Planetengetriebesatz PG3 zu der Antriebsseite
angeordnet.
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Wie
in 4 gezeigt ist, ist bei einem Sechsgang-Planetengetriebe
gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung der Antrieb in Bezug auf den zweiten Planetengetriebesatz
PG2 an einer zu dem Abtriebsrad 200 entgegengesetzten Seite
angeordnet, und die erste und die zweite Kupplung C1 und C2 sind
in Bezug auf den zweiten Planetengetriebesatz PG2 an der Antriebsseite
angeordnet.
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Genauer
sind bei einem Sechsgang-Planetengetriebe gemäß einer vierten Ausführungsform der
Erfindung die erste und die zweite Kupplung C1 und C2 in der Reihenfolge
der ersten Kupplung C1 und der zweiten Kupplung C2 in einer Richtung
von dem zweiten Planetengetriebesatz PG2 zu der Antriebsseite angeordnet.
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Wie
in 1 bis 4 gezeigt ist, weist ein Sechsgang-Planetengetriebe
einer der ersten bis vierten Ausführungsform ferner eine Einwegkupplung
OWC auf, die parallel zu der ersten Bremse B1 angeordnet ist.
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Wegen
einer solchen Einwegkupplung OWC kann ein erster Vorwärtsgang
durch einen Betrieb der dritten Kupplung C3 ohne einen Betrieb der
ersten Bremse B1 realisiert werden.
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Bei
einem Sechsgang-Planetengetriebe gemäß einer der ersten bis vierten
Ausführungsform
der Erfindung kann jede der ersten und der zweiten Bremse B1 und
B2 durch eine Mehrscheibenbremse des Nasstyps oder eine Bandbremse
realisiert werden.
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Nachfolgend
wird der Betrieb eines automatisch schaltbaren Sechsgang-Planetengetriebes
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ausführlich
beschrieben. Die folgende Beschreibung kann gleichermaßen auf
die erste bis vierte Ausführungsform
der Erfindung angewendet werden.
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Wie
in 5 gezeigt ist, wirken bei einem automatisch schaltbaren
Sechsgang-Planetengetriebe gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung die dritte Kupplung C3 und die erste Bremse B1 im
ersten Vorwärtsgang
D1, die dritte Kupplung C3 und die zweite Bremse B2 im zweiten Vorwärtsgang
D2, die dritte Kupplung C3 und die erste Kupplung C1 im dritten
Vorwärtsgang
D3, die dritte Kupplung C3 und die zweite Kupplung C2 im vierten
Vorwärtsgang
D4, die erste Kupplung C1 und die zweite Kupplung C2 im fünften Vorwärtsgang
D5, und die zweite Kupplung C2 und die zweite Bremse B2 im sechsten
Vorwärtsgang
D6.
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Die
erste Kupplung C1 und die erste Bremse B1 werden im Rückwärtsgang
R betrieben.
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Spezifische
Werte von Schaltverhältnissen, die
in 5 gezeigt sind, werden in dem Falle erreicht,
wenn der erste, der zweite, der dritte und der vierte Planetengetriebesatz
PG1, PG2, PG3 und PG4 Hohlrad/Sonnenrad-Zahnverhältnisse haben, wie in 14A gezeigt ist. Wenn die Hohlrad/Sonnenrad-Zahnverhältnisse
des ersten, des zweiten, des dritten und des vierten Planetengetriebesatzes PG1,
PG2, PG3 und PG4 von 14A abweichen, können Werte
von Schaltverhältnissen
für die
unterschiedlichen Hohlrad/Sonnenrad-Zahnverhältnisse offensichtlich aus
der ausführlichen
Beschreibung der Erfindung berechnet werden.
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6 ist
ein Hebeldiagramm, das Betriebsknotenpunkte (N1 bis N6) eines automatisch
schaltbaren Sechsgang-Planetengetriebes
gemäß Ausführungsformen
der Erfindung für
den Fall darstellt, dass der erste Planetengetriebesatz PG1 und
der vierte Planetengetriebesatz PG4 gleiche Hohlrad/Sonnenrad-Zahnverhältnisse
haben.
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Daher
zeigen Betriebselemente des vierten Planetengetriebesatzes PG4 Drehzahlcharakteristika
wie die Betriebselemente des ersten Planetengetriebesatzes PG1.
Daher können
sie durch Betriebselemente des ersten Planetengetriebesatzes PG1 verkörpert werden
und nachfolgend unbeachtet bleiben.
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Wie
in 6 gezeigt ist, liegen das erste Hohlrad R1, der
erste Träger
PC1 und das erste Sonnenrad S1 des ersten Planetengetriebesatzes
PG1 in der Reihenfolge auf Betriebsknotenpunkten N2, N4 und N6 in
dem Hebeldiagramm.
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Das
zweite Hohlrad R2, der zweite Träger PC2
und das zweite Sonnenrad S2 des zweiten Planetengetriebesatzes PG2
liegen in der Reihenfolge auf Betriebsknotenpunkten N3, N5 und N6
in dem Hebeldiagramm.
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Das
dritte Sonnenrad S3, der dritte Träger PC3 und das dritte Hohlrad
R3 des dritten Planetengetriebesatzes PG3 liegen in der Reihenfolge
auf Betriebsknotenpunkten N1, N2 und N5 in dem Hebeldiagramm.
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Das
vierte Hohlrad R4, der vierte Träger
PC4 und das vierte Sonnenrad S4 des vierten Planetengetriebesatzes
PG4 liegen in der Reihenfolge auf Betriebsknotenpunkten N2, N4 und
N6 in dem Hebeldiagramm.
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Wie
oben beschrieben, ist die Antriebswelle 100 über die
erste und die zweite Kupplung C1 und C2 mit dem vierten Sonnenrad
S4 bzw. dem ersten Träger
PC1 (oder gleichwertig dem vierten Träger PC4) variabel verbunden.
Daher wird die Motordrehung, die über die Antriebswelle 100 eingegeben wird,
entsprechend dem Betrieb der ersten und der zweiten Kupplung C1
und C2 an den sechsten Knotenpunkt N6 oder den vierten Knotenpunkt
N4 abgegeben.
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Der
erste Träger
PC1 (oder gleichwertig der vierte Träger PC4) ist über die
erste Bremse B1 und die Einwegkupplung OWC, die parallel zueinander angeordnet
sind, mit dem Getriebegehäuse 300 variabel
verbunden. Daher kann der vierte Knotenpunkt N4 des ersten Trägers PC1
und des vierten Trägers PC4
durch den Betrieb der ersten Bremse B1 und/oder der Einwegkupplung
OWC gestoppt werden.
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Außerdem ist
das zweite Sonnenrad S2 über die
zweite Bremse B2 mit dem Getriebegehäuse 300 variabel verbunden.
Daher kann der sechste Knotenpunkt N6 durch den Betrieb der zweiten
Bremse B2 gestoppt werden.
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Nachfolgend
wird die Bildung jedes Ganges durch ein automatisch schaltbares
Sechsgang-Planetengetriebe gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung mit Bezug auf 7–13 beschrieben.
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In
den 7–13 bezeichnet
L1 eine Ganglinie für
den ersten Planetengetriebesatz PG1, L2 bezeichnet eine Ganglinie
für den
zweiten Planetengetriebesatz PG2, und L3 bezeichnet eine Ganglinie
für den
dritten Planetengetriebesatz PG3.
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Die
Ganglinie L1 des ersten Planetengetriebesatzes PG1 und die Ganglinie
L2 für
den zweiten Planetengetriebesatz PG2 treffen in dem sechsten Knotenpunkt
N6 zusammen, da das erste Sonnenrad S1 und das zweite Sonnenrad
S2 fest miteinander verbunden sind.
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Die
Ganglinie L1 des ersten Planetengetriebesatzes PG1 und die Ganglinie
L3 des dritten Planetengetriebesatzes PG3 treffen in dem zweiten Knotenpunkt
N2 zusammen, da das erste Hohlrad R1 und der dritte Träger PC3
fest miteinander verbunden sind.
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Der
dritte Knotenpunkt N3 ist immer feststehend, da das zweite Hohlrad
R2 mit dem Getriebegehäuse 300 fest
verbunden ist.
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Das
dritte Sonnenrad S3 dreht sich immer mit einer Antriebsdrehzahl,
da es mit der Antriebswelle fest verbunden ist.
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Die
Anordnung der Ganglinien L1, L2 und L3 des ersten, des zweiten und
des dritten Planetengetriebesatzes PG1, PG2 und PG3 wird durch selektiven
Betrieb der ersten, der zweiten und der dritten Kupplung C1, C2
und C3 und der ersten und der zweiten Bremse B1 und B2 unter einer
solchen Bedingung bestimmt.
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Im
ersten Vorwärtsgang
D1 drehen sich, wie in 7 gezeigt ist, das dritte Hohlrad
R3 und der zweite Träger
PC2 an dem fünften
Knotenpunkt N5 mit einer synchronisierten Drehzahl, da die dritte Kupplung
C3 in Betrieb ist. Außerdem ist
der vierte Knotenpunkt N4 feststehend, da die erste Bremse B1 in
Betrieb ist.
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Daher
werden in diesem Falle die Ganglinien L1, L2 und L3 gebildet, wie
in 7 gezeigt ist.
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Das
heißt,
bezüglich
des dritten, des fünften und
des sechsten Knotenpunktes N3, N5 und N6 des zweiten Planetengetriebesatzes
PG2 ist der dritte Knotenpunkt N3 feststehend, und der fünfte und
der sechste Knotenpunkt N5 und N6 drehen sich mit einer negativen
Drehzahl, d.h. umgekehrt.
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Bezüglich des
zweiten, des vierten und des sechsten Knotenpunktes N2, N4 und N6
des ersten Planetengetriebesatzes PG1 ist die Ganglinie L1 eine
Linie, die den sechsten Knotenpunkt N6, der sich umgekehrt dreht,
und den vierten Knotenpunkt N4, der feststehend ist, miteinander
verbindet.
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Daher
wird die Ganglinie L3 des dritten Planetengetriebesatzes PG3 nach
rechts neigend gebildet, wie in 7 gezeigt
ist. In diesem Falle dreht sich ein Abtriebselement des dritten
Trägers
PC3 mit einer sehr niedrigen Drehzahl relativ zu einer Drehung der
Antriebswelle 100.
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In
einem solchen ersten Vorwärtsgang
nehmen der erste, der zweite und der dritte Planetengetriebesatz
PG1, PG2 und PG3 an der Leistungsübertragung teil.
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Im
zweiten Vorwärtsgang
D2 bleiben, wie in 8 gezeigt ist, das dritte Hohlrad
R3 und der zweite Träger
PC2 an dem fünften
Knotenpunkt N5 mit einer synchronisierten Drehzahl drehend, da die
dritte Kupplung C3 auch im zweiten Vorwärtsgang in Betrieb ist. Außerdem ist
der sechste Knotenpunkt N6 feststehend, da die zweite Bremse B2
in Betrieb ist.
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Daher
ist in diesem Falle der zweite Träger PC2, d.h. der fünfte Knotenpunkt
N5, des zweiten Planetengetriebesatzes PG2 feststehend, da der dritte
und der sechste Knotenpunkt N3 und N6 feststehend sind.
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Daher
wird die Ganglinie L3 des dritten Planetengetriebesatzes PG3 durch
den fünften
Knotenpunkt N5, der feststehend ist, und den ersten Knotenpunkt
N1, der sich mit der Antriebsdrehzahl dreht, gebildet. Eine solche
Ganglinie L3 des dritten Planetengetriebesatzes PG3 wird im Vergleich
zum ersten Vorwärtsgang
leicht entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn gedreht. Daher dreht sich
der dritte Träger
PC3, der ein Abtriebselement ist, im Vergleich zum ersten Vorwärtsgang
mit einer erhöhten
Drehzahl.
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In
einem solchen zweiten Vorwärtsgang nimmt
nur der dritte Planetengetriebesatz PG3 an der Leistungsübertragung
teil, da der zweite Planetengetriebesatz PG2 feststehend ist.
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Im
dritten Vorwärtsgang
D3 bleiben, wie in 9 gezeigt ist, das dritte Hohlrad
R3 und der zweite Träger
PC2 an dem fünften
Knotenpunkt N5 mit einer synchronisierten Drehzahl drehend, da die
dritte Kupplung C3 auch im dritten Vorwärtsgang in Betrieb ist. Außerdem dreht
sich auch der sechste Knotenpunkt N6 mit derselben Drehzahl wie
die Antriebswelle 100, da die erste Kupplung C1 in Betrieb
ist.
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Daher
wird in diesem Falle die Ganglinie L2 des zweiten Planetengetriebesatzes
PG2 durch den dritten Knotenpunkt N3, der feststehend ist, und den sechsten
Knotenpunkt N6, der sich mit der Antriebsdrehzahl dreht, gebildet.
Die Ganglinie L3 des dritten Planetengetriebesatzes PG3 wird durch
den fünften Knotenpunkt
N5 an der Ganglinie L2 des zweiten Planetengetriebesatzes PG2 bestimmt.
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Daher
wird die Ganglinie L3 des dritten Planetengetriebesatzes PG3 im
Vergleich zum zweiten Vorwärtsgang
leicht entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn gedreht. Daher dreht sich
der dritte Träger
PC3, der ein Abtriebselement ist, im Vergleich zum zweiten Vorwärtsgang
mit einer erhöhten
Drehzahl.
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In
einem solchen dritten Vorwärtsgang
nehmen der zweite und der dritte Planetengetriebesatz PG2 und PG3
an der Leistungsübertragung
teil.
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Im
vierten Vorwärtsgang
D4 bleiben, wie in 10 gezeigt ist, das dritte Hohlrad
R3 und der zweite Träger
PC2 an dem fünften
Knotenpunkt N5 mit einer synchronisierten Drehzahl drehend, da die dritte
Kupplung C3 auch im vierten Vorwärtsgang
in Betrieb ist. Außerdem
dreht sich auch der vierte Knotenpunkt N4 mit derselben Drehzahl
wie die Antriebswelle 100, da die zweite Kupplung C2 in
Betrieb ist.
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Daher
werden in diesem Falle die Ganglinien L1, L2 und L3 gebildet, wie
in 10 gezeigt ist.
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Das
heißt,
die Ganglinie L2 des zweiten Planetengetriebesatzes PG2 wird im
Vergleich zum dritten Vorwärtsgang
leicht entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn gedreht.
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In
derselben Weise wird die Ganglinie L3 des dritten Planetengetriebesatzes
PG3 im Vergleich zum dritten Vorwärtsgang leicht entgegengesetzt zum
Uhrzeigersinn gedreht. Daher dreht sich der dritte Träger PC3,
der ein Abtriebselement ist, im Vergleich zum dritten Vorwärtsgang
mit einer erhöhten Drehzahl.
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In
einem solchen vierten Vorwärtsgang
nehmen der erste, der zweite und der dritte Planetengetriebesatz
PG1, PG2 und PG3 an der Leistungsübertragung teil.
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Im
fünften
Vorwärtsgang
D5 sind die erste und die zweite Kupplung C1 und C2 in Betrieb.
Daher drehen sich, wie in 11 gezeigt
ist, der vierte und der sechste Knotenpunkt N4 und N6 mit derselben Drehzahl
wie die Antriebswelle 100.
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Daher
ist die Ganglinie L1 des ersten Planetengetriebesatzes PG1 horizontal
auf einer Höhe
der Drehzahl der Antriebswelle 100. Dies impliziert, dass sich
der erste Planetengetriebesatz PG1 als Ganzes dreht.
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Daher
dreht sich auch der zweite Knotenpunkt N2 mit der Antriebsdrehzahl,
und dementsprechend wird die Antriebsdrehzahl direkt ohne Änderung
abgegeben.
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In
einem solchen fünften
Vorwärtsgang nimmt
keiner des ersten, des zweiten und des dritten Planetengetriebesatzes
PG1, PG2 und PG3 an der Leistungsübertragung teil.
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Im
sechsten Vorwärtsgang
D6 dreht sich, wie in 12 gezeigt ist, der vierte Knotenpunkt
N4 mit derselben Drehzahl wie die Antriebswelle 100, da
die zweite Kupplung C2 in Betrieb ist. Außerdem ist das zweite Sonnenrad
S2 des sechsten Knotenpunktes N6 feststehend, da die zweite Bremse
B2 in Betrieb ist.
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Dementsprechend
ist der zweite Planetengetriebesatz PG2 als Ganzes feststehend,
da das zweite Hohlrad R2 und das zweite Sonnenrad S2 feststehend
sind. Daher ist das erste Sonnenrad S1 des sechsten Knotenpunktes
N6 feststehend.
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Die
Ganglinie L1 des ersten Planetengetriebesatzes PG1 wird durch den
sechsten Knotenpunkt N6, der feststehend ist, und den vierten Knotenpunkt N4,
der sich mit der Antriebsdrehzahl dreht, gebildet.
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Daher
dreht sich der zweite Knotenpunkt N2 an der Ganglinie L1 des ersten
Planetengetriebesatzes PG1 mit einer Drehzahl, der höher als
die Antriebsdrehzahl ist. Dies impliziert, dass die Drehzahl, die
von dem dritten Träger
PC3 abgegeben wird, höher
als die Antriebsdrehzahl ist.
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In
einem solchen sechsten Vorwärtsgang nimmt
nur der erste Planetengetriebesatz PG1 an der Leistungsübertragung
teil.
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Im
Rückwärtsgang
R sind die erste Kupplung C1 und die erste Bremse B1 in Betrieb.
Daher wird, wie in 13 gezeigt ist, die Ganglinie
L1 des ersten Planetengetriebesatzes PG1 durch den vierten Knotenpunkt
N4, der feststehend ist, und den sechsten Knotenpunkt N6, der sich
mit der Antriebsdrehzahl dreht, gebildet.
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Daher
dreht sich der zweite Knotenpunkt N2 an der Ganglinie L1 des ersten
Planetengetriebesatzes PG1 mit einer negativen Drehzahl, d.h. er
dreht sich umgekehrt, wie in 13 gezeigt
ist.
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In
einem solchen Rückwärtsgang
nimmt nur der erste Planetengetriebesatz PG1 an der Leistungsübertragung
teil. 14A–14F sind
Tabellen, die Betriebszustände
einesPlanetengetriebes gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zeigen.
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Insbesondere
zeigt 14A genaue Angaben des Planetengetriebes
gemäß einer
Ausführungsform,
d.h. Übersetzungsverhältnisse
jedes Planetengetriebesatzes. 14B zeigt Übersetzungsverhältnisse
in jedem Schaltgang des Planetengetriebes einer solchen Ausführungsform,
die durch die genauen Angaben aus 14A erreicht
werden. 14C zeigt Drehzahlen jedes Betriebselements relativ
zu denen des Antriebselements für
jeden Schaltgang. 14D zeigt Schlupfdrehzahlen
von Reibelementen in jedem Schaltgang. 14E zeigt Drehmomentbelastungen,
denen jedes Betriebselement oder jedes Reibelement unterworfen ist. 14F zeigt Planetengetriebesätze, die an der Leistungsübertragung
in jedem Schaltgang teilnehmen.
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Einzelheiten,
die in 14F gezeigt sind, sind aus der
obigen Beschreibung des Schaltvorgangs des Planetengetriebes der
Erfindung ersichtlich, und die Anzahl von Planetengetriebesätzen, die in 14C–14E gezeigt sind, können bekanntermaßen auf
der Basis der strukturellen Merkmale und des Betriebsdiagramms des
Planetengetriebes gemäß der Ausführungsform
berechnet werden.
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Wie
wohl bekannt ist, wird bei starker Beschleunigung eine hohe Belastung
auf ein Automatikgetriebe ausgeübt.
Bei den Planetengetrieben gemäß bevorzugten
Ausführungsformen
dreht sich kein Betriebselement schneller als die Antriebsdrehzahl im
zweiten und dritten Gang, die häufig
zur Beschleunigung verwendet wird (14C),
und daher sind die Schlupfdrehzahlen der Reibelemente, die im dritten Gang
nicht betrieben werden, geringer als die Drehzahl der Antriebswelle
(14D).
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Wenn
die in 14D gezeigte Ausführung mit
der in 17D gezeigten Ausführung des
herkömmlichen
Planetengetriebes verglichen wird, wird deutlich, dass die Planetengetriebe
der Ausführungsformen überall im
zweiten bis sechsten Gang (besonders im sechsten Vorwärtsgang)
niedrigere Schlupfdrehzahlen von Reibelementen als beispielsweise das
Planetengetriebe gemäß US-Patent
Nr. 6,071,208 zeigen.
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Es
ist auch wohl bekannt, dass mehrere Planetengetriebesätze mehr
Leistungsverlust während der
Leistungsübertragung
implizieren. Wenn die in 14F gezeigte
Ausführung
mit der in 17F gezeigten Ausführung des
herkömmlichen
Planetengetriebes verglichen wird, wird deutlich, dass das Planetengetriebe
von bevorzugten Ausführungsformen weniger
Planetengetriebesätze
aufweist, die bei der Leistungsübertragung
in vielen der Schaltgänge
involviert sind, und dementsprechend zeigt dies eine bessere Leistungseffizienz.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung werden sechs Vorwärtsgänge und
ein Rückwärtsgang
mit einer minimierten Anzahl von Reibelementen derart erreicht,
dass ein Automatikgetriebe leichter und kompakter ist.
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Die
Lebensdauer wird infolge der Reduzierung von Drehzahlen von Betriebselementen
mit einer Schaltdrehzahl erhöht,
die häufig
zur Beschleunigung eingesetzt wird. Eine weitere Erhöhung der
Lebensdauer und Reduzierung des Leistungsverlustes wird auch durch
Reduzierung von Schlupfdrehzahlen von Reibelementen erreicht.
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Eine
verkürzte
Route der Leistungsübertragung
trägt auch
zu einer Erhöhung
der Lebensdauer und Reduzierung des Leistungsverlustes bei.
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Eine
verkürzte
Route der Leistungsübertragung
trägt auch
zu einer Erhöhung
der Lebensdauer und Reduzierung des Leistungsverlustes bei.
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Außerdem wird
die Drehmomentbelastung auf alle Betriebselemente eines Planetengetriebesatzes
verteilt, und dementsprechend kann das Planetengetriebe eine höhere Belastung
aushalten.