DE102005012535B4

DE102005012535B4 - Mehrgang-Leistungsgetriebe

Info

Publication number: DE102005012535B4
Application number: DE102005012535A
Authority: DE
Inventors: David Janson; Reid Baldwin; Donald E. Hoffman
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2004-03-18
Filing date: 2005-03-16
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2025-03-17
Also published as: GB2412148A; DE102005012535A1; US6958028B2; GB2412148B; US20050204837A1; GB0504286D0

Abstract

Mehrgang-Leistungsgetriebe, umfassend: erste und zweite Eingangswellen (30, 40); eine Ausgangswelle (20); eine Zwischenwelle (50); einen ersten Satz wählbarer Drehmomentpfade zwischen der ersten Eingangswelle (30) und der Zwischenwelle (50); einen zweiten Satz wählbarer Drehmomentpfade zwischen der zweiten Eingangswelle (40) und der Zwischenwelle (50); einen dritten Satz wählbarer Drehmomentpfade zwischen der Zwischenwelle (50) und der Ausgangswelle (20); und einen wählbaren Brücken-Drehmomentpfad (150) zwischen der ersten Eingangswelle (30) und der Ausgangswelle (20).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf automatische Getriebe mit einer kinematischen Zwischenwellenanordnung, insbesondere auf Getriebe mit Eingangskupplungen, jedoch ohne Drehmomentwandler.
Bei bekannten automatischen Getrieben für eine Kraftübertragung zwischen einem Eingang und einem Ausgang, die entweder für einen kontinuierlich variablen Bereich von Drehzahlverhältnissen oder für diskrete Schaltstufen von Drehzahlverhältnissen ausgelegt sind, treten bei Betrieb Störverluste auf, durch die der Kraftstoffverbrauch eines mit einem derartigen Getriebe ausgerüsteten Kraftfahrzeuges nachteilig beeinflusst wird. Diese Störverluste beruhen insbesondere auf dem Vorhandensein von Drehmomentwandlern, offenen Reibungskupplungen und -bremsen, hydraulischen Pumpen und auch auf Zahneingriffsverlusten.
Zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs von Kraftfahrzeugen mit Automatikgetriebe ist der Einsatz von ASM-Getrieben (ASM automated shift manual) bekannt, womit angestrebt wird, Störverluste entweder zu vermeiden oder – abgesehen von den Zahneingriffsverlusten – wenigstens zu reduzieren. Bei ASM-Getrieben erfolgen Wechsel des Gangübersetzungsverhältnisses dadurch, dass zunächst das Drehmoment, das vom Motor zum Getriebeeingang übertragen wird, unterbrochen wird, dass dann die dem nächstfolgenden Übersetzungsverhältnis zugeordneten Getriebekomponenten durch Betätigung von Kupplungselementen in Warteposition gebracht werden, und dass dann das Drehmoment erneut aufgegeben wird.
Charakteristisch für ASM-Getriebe ist das Erfordernis, dass die Kraftübertragung zwischen Motor und Getriebeeingangswelle vor jedem Gangwechsel oder während jedes Gangwechsels unterbrochen werden muss, da die Kupplungselemente (coupler) während einer Kraftübertragung nicht betätigt werden können.
Doppelkupplungsgetriebe mit Vorgelege stellen im Grunde zwei ASM-Getriebe dar, wobei das eine Getriebe die ungeraden Gänge und das andere Getriebe die geraden Gänge bereitstellt. Schaltungen zwischen Gängen mit ungerader Zahl und Gängen mit gerader Zahl können ohne Unterbrechung der Kraftübertragung erfolgen. Während des Betriebs in einem Gang mit ungerader Zahl können die Kupplungselemente betätigt werden, um das Getriebe für den nächsten Gang mit gerader Zahl zu konfigurieren. Doppelkupplungsgetriebe weisen nur geringfügig höhere Störverluste als ASM-Getriebe auf.
Automatikgetriebe mit Vorgelege bieten erhebliche Effizienz-Verbesserungen gegenüber konventionellen Stufen-Automatikgetrieben mit Drehmomentwandlern. Besonders bei einem Einsatz in Lastkraftwagen aber ist eine größere Drehmomentvervielfachung als bei Getrieben mit Drehmomentwandlern erforderlich, um zu vermeiden, dass in der Kupplung während des Startens des Fahrzeuges aus dem Stillstand übermäßig viel Energie verschwendet wird. Durch die erforderliche größere Drehmomentvervielfachung im Getriebe wird weiterhin die Drehmomentvervielfachung eines Drehmomentwandlers bei niedrigen Drehzahlen kompensiert.
Für eine Energieaufteilung zwischen dualen Anlaufkupplungen während des Starts sind kleine Drehmomentverhältnisstufen zwischen der Gangübersetzung beim Start und der nächst höheren Gangübersetzung wünschenswert. Eine Bereitstellung einer großen Drehmomentverhältnisspanne mit relativ kleinen Verhältnisstufen erfordert aber üblicherweise eine große Anzahl von Zahnrädern und Kupplungselementen. Zur Verringerung von Platzbedarf und Einsparung von Kosten ist es jedoch wünschenswert, die Anzahl von Zahnrädern und Kupplungselementen zu minimieren.
Die US 4 461 188 offenbart ein Mehrgang-Leistungsgetriebe mit ersten und zweiten Eingangswellen, einer Ausgangswelle, einer Zwischenwelle, einem ersten Satz wählbarer Drehmomentpfade zwischen der ersten Eingangswelle und der Zwischenwelle, einem zweiten Satz wählbarer Drehmomentpfade zwischen der zweiten Eingangswelle und der Zwischenwelle sowie einem wählbaren Brücken-Drehmomentpfad zwischen der ersten Eingangswelle und einer weiteren Zwischenwelle. Die Zwischenwelle und die weitere Zwischenwelle sind durch Zahnräder in einem festen Übersetzungsverhältnis mit der Ausgangswelle gekoppelt.
Die in Patentanspruch 1 angegebene Erfindung löst die Aufgabe, das vorgenannte Mehrgang-Leistungsgetriebe dahingehend zu verbessern, dass mit einer gegebenen Anzahl von Zahnrädern und Kupplungselementen möglichst viele Gänge bereitgestellt werden können, und dies bei weniger Widerstandsverlusten im Betrieb eines damit ausgerüsteten Fahrzeugs.
Bei dem Getriebe gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vielzahl von Vorwärtsgang-Übersetzungsverhältnissen vorgesehen, jedoch nur eine kleine Anzahl von Zahnrädern und Kupplungselementen, weil ein Auswahl-Kupplungselement vorgesehen ist, welches zwischen hohen und niedrigen Ausgangs-Übersetzungsverhältnissen auswählt. Durch einen der vorgesehenen Vorwärtsgang-Drehmomentpfade wird eine Drehmomentübertragung durch ein Bereichsschaltvorgang-Kupplungselement vermieden. Während des Betriebs in diesem Gang wird – ohne Unterbrechung des Kraftflusses zwischen dem Motor und dem Getriebeeingang – der Status des Bereichsschaltvorgang-Kupplungselementes in den Status für die hohe Stufe in Vorbereitung für ein Heraufschalten bzw. in den Status für die niedrige Stufe in Vorbereitung für ein Zurückschalten verändert. Weiterhin werden bei dem erfindungsgemäßen Getriebe einige der Zahnradeingriffe zur Erzeugung mehrfacher Übersetzungsverhältnisse eingesetzt, was zu einer niedrigen Anzahl von Zahnrädern und Kupplungselementen bezogen auf die Anzahl der erzeugbaren Übersetzungsverhältnisse führt. Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung besteht in einer kleinen Drehmomentverhältnisstufe zwischen dem Übersetzungsverhältnis, in dem das Fahrzeug gestartet wird, und dem nächst höheren Übersetzungsverhältnis, sowie in kleinen Drehmomentverhältnisstufen zwischen anderen Übersetzungsverhältnissen.
Wechsel des Übersetzungsverhältnisses erfolgen durch Einsatz von Kupplungselementen, wie z. B. Synchronisiervorrichtungen oder Klauenkupplungen, durch die bei jedem Drehzahlverhältnis die Komponenten wirksam antreibend verbunden werden. Bei den Kupplungselementen treten im eingerückten Zustand nur geringe Widerstandsverluste auf. Weiterhin benötigen die Kupplungselemente im eingerückten Zustand keine kontinuierliche Kraftzufuhr.
Diese und weitere Vorteile sind bei einem Leistungsgetriebe für ein Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung vorhanden, welches aufweist: Einen Eingang, erste und zweite Eingangswellen, eine Zwischenwelle, Antriebselemente, die die Eingangs- mit der Ausgangs- und der Zwischenwelle verbinden, Kupplungselemente, sowie eine erste Kupplung für das Verbinden und das Trennen des Eingangs mit der ersten Eingangswelle und eine zweite Kupplung für das Verbinden und das Trennen des Eingangs mit der zweiten Eingangswelle. Ein erster Drehmomentpfad stellt eine Antriebsverbindung zwischen der ersten Eingangswelle und der Zwischenwelle her. Ein zweiter Drehmomentpfad stellt eine Antriebsverbindung zwischen der zweiten Eingangswelle und der Zwischenwelle her. Ein dritter Drehmomentpfad stellt eine Antriebsverbindung zwischen der Zwischenwelle und dem Ausgang her. Ein Drehmoment-Brückenpfad stellt eine Antriebsverbindung zwischen der ersten Eingangswelle und dem Ausgang her.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Diagramm mit einer Darstellung Zweckmäßiger Komponenten und deren Verbindung für ein Getriebe gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 einen Blockschaltplan mit der Darstellung einer Zahnradanordnung eines Getriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 eine Tabelle mit einem Beispiel für die Anzahl von Zähnen für jedes der Zahnräder und jeden der Zahnkränze des in 2 gezeigten Getriebes;
4 eine Tabelle mit einer Darstellung der Drehmomentverhältnisse zwischen dem Eingang und dem Ausgang und der Schritte zwischen den Drehmomentverhältnissen für jeden der Vorwärtsgänge und der Rückwärtsgänge für das Getriebe gemäß 2, wobei die Gänge und die Zahnkränze die in 3 gezeigte Anzahl von Zähnen aufweisen;
5 einen Blockschaltplan einer Zahnradanordnung eines Getriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 eine Tabelle mit einem Beispiel für die Anzahl von Zähnen für jedes der Zahnräder und der Zahnkränze des in 5 dargestellten Getriebes, und
7 eine Tabelle für die Drehmomentverhältnisse zwischen dem Eingang und dem Ausgang und für die Schritte zwischen den Drehmomentverhältnissen für jeden der Vorwärtsgänge und der Rückwärtsgänge des Getriebes gemäß 5, wobei die Gänge und die Zahnkränze die in 6 gezeigte Anzahl von Zähnen aufweisen.
Entsprechend den 1, 2 und 5 umfasst ein Getriebe gemäß der vorliegenden Erfindung einen Eingang 10 für eine Antriebsverbindung einer Kraftquelle, wie z. B. einer Brennkraftmaschine oder eines Elektromotors, mit einem Getriebe und einen Ausgang 20 für eine Antriebsverbindung mit einer Last, wie z. B. den angetriebenen Rädern eines Kraftfahrzeuges, über einen Antriebsstrang, der eine Antriebswelle, eine Differentialvorrichtung und Achswellen umfassen kann.
Eine erste Reibkupplung 60, die aus einem Kupplungsgehäuse 62 und einer Kupplungsscheibe 64 besteht, verbindet und trennt abwechselnd eine erste Eingangswelle 30, sobald die Kupplung 60 ein- bzw. ausgekuppelt ist. Auf ähnliche Weise verbindet und trennt eine zweite Reibkupplung 70, die aus einem Kupplungsgehäuse 72 und einer Kupplungsscheibe 74 besteht, abwechselnd eine zweite Eingangswelle 40, sobald die Kupplung 70 ein- bzw. ausgekuppelt ist. Die zweite Eingangswelle 40 ist hohl und auf diese Weise konzentrisch zu der ersten Eingangswelle 30.
Eine Zwischenwelle 50 ist im Wesentlichen parallel zu den Achsen des Eingangs 10 und der Eingangswellen 30, 40 angeordnet. Ein erster Satz primärer Drehmomentpfade 100 verbindet antreibend die erste Eingangswelle 30 und die Zwischenwelle 50 mit wenigstens einem wählbaren Übersetzungsverhältnis und gibt diese Verbindung selektiv frei. Gemäß der Darstellung in 2 wird der erste Satz primärer Drehmomentpfade 100 durch einen an der Welle 30 gesicherten Zahnkranz 102 realisiert; ein Zahnrad 104 ist auf der Zwischenwelle 50 gelagert und steht in Eingriff mit dem Zahnkranz 102 und einem Kupplungselement 110. Das Kupplungselement 110 ist vorzugsweise eine Synchronisiervorrichtung der Art, wie sie in Kraftfahrzeug-Handschaltgetrieben für die Verbindung eines Zahnrades oder Zahnkranzes mit einer Welle nach dem Synchronisieren der Drehzahl der Welle und des Zahnrades oder Zahnkranzes verwendet wird. Das Kupplungselement 110 verbindet und trennt abwechselnd das Zahnrad 104 mit bzw. von der Zwischenwelle 50. Diese Ausführungsform ermöglicht ein wählbares Übersetzungsverhältnis zwischen der Welle 30 und der Zwischenwelle 50.
Gemäß 5 wird der erste Satz primärer Drehmomentpfade 100 durch die fest an der Welle 30 angebrachten Zahnkränze 102 und 106 sowie durch die Zahnräder 104 und 108, die auf der Zwischenwelle 50 gelagert sind und mit den Zahnkränzen 102 bzw. 106 kämmen, und das Kupplungselement 110 realisiert. Das Kupplungselement 110 verbindet und trennt abwechselnd das Zahnrad 104 und das Zahnrad 108 mit der bzw. von der Zwischenwelle 50. Diese Ausführungsform ermöglicht zwei wählbare Übersetzungsverhältnisse zwischen der Welle 30 und der Zwischenwelle 50.
Ein zweiter Satz primärer Drehmomentpfade 80 verbindet antreibend die zweite Eingangswelle 40 und die Zwischenwelle 50 in wenigstens einem wählbaren Übersetzungsverhältnis und trennt diese Verbindung selektiv. In den 2 und 5, wird der zweite Satz primärer Drehmomentpfade 80 wie folgt realisiert: Durch die Zahnkränze 82 und 86, gesichert an der Welle 40, dabei sind die Zahnräder 84 und 88 auf der Zwischenwelle 50 gelagert und greifen entsprechend mit den Zahnkränzen 82 und 86 ineinander, sowie durch ein Kupplungselement 90. Das Kupplungselement 90 ist, wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise eine Synchronisiervorrichtung. Das Kupplungselement 90 verbindet und trennt abwechselnd das Zahnrad 94 und das Zahnrad 98 mit der bzw. von der Zwischenwelle 50. Diese Ausführungsform ermöglicht zwei wählbare Übersetzungsverhältnisse zwischen der Welle 40 und der Zwischenwelle 50.
Ein Satz von Stufen-Drehmomentpfaden 120 verbindet antreibend die Zwischenwelle 50 und die Ausgangswelle 20 mit zwei wählbaren Übersetzungsverhältnissen und gibt diese Verbindung selektiv frei. In 2 wird der Satz abgestufter Drehmomentpfade 120 wie folgt realisiert: Mittels der Zahnkränze 122 und 126, gelagert auf der Zwischenwelle 50, den Zahnrädern 124 und 128, gesichert an der Ausgangswelle 20 und mit den Zahnkränzen 122 bzw. 126 kämmend, und mittels des Kupplungselementes 130. Das Kupplungselement 130 ist, wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise eine Synchronisiervorrichtung. Das Kupplungselement 130 verbindet bzw. trennt den Zahnkranz 122 und den Zahnkranz 126 abwechselnd mit der bzw. von der Zwischenwelle 50. Gemäß 5 umfasst ein Planetengetriebe: ein Sonnenrad 134, gesichert an der Zusatzwelle 132; ein Hohlrad, das zum Getriebegehäuse hin gegen Verdrehen gesichert ist; einen Planetenträger 138, der an der Ausgangswelle 20 gesichert ist; und einen Satz von Planetenrädern 140, gelagert auf dem Planetenträger und in Eingriff stehend mit dem Sonnenrad 134 und dem Hohlrad 136. Ein Satz abgestufter Drehmomentpfade 120 wird realisiert durch: Die Zahnkränze 122 und 126, gelagert auf der Zwischenwelle 50; das Zahnrad 124, gesichert an der Zusatzwelle 132 und in Eingriff stehend mit dem Zahnkranz 122; das Zahnrad 128, gesichert an dem Planetenträger 138 und in Eingriff stehend mit dem Zahnkranz 126, und das Kupplungselement 130. Das Kupplungselement 130 ist, wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise eine Synchronisiervorrichtung. Das Kupplungselement 130 verbindet bzw. trennt den Zahnkranz 122 und den Zahnkranz 126 abwechselnd mit der bzw. von der Zwischenwelle 50. Die Ergänzung des Planetengetriebes ermöglicht es dem niedrigstufigen Drehmomentpfad eine wesentlich höhere Drehmomentübersetzung als bei der Anordnung gemäß 2 bereitzustellen.
Ein wählbarer Brücken-Drehmomentpfad 150 verbindet antreibend die erste Eingangswelle 30 mit der Ausgangswelle 20 und gibt diese Verbindung selektiv frei. In 2 wird der Brücken-Drehmomentpfad 150 wie folgt realisiert: Durch den Zahnkranz 106, der an der Welle 30 gesichert ist; das Zahnrad 154, gelagert auf einer Freilaufwelle 152 und in Eingriff stehend mit dem Zahnkranz 106; den Zahnkranz 158, der an der Freilaufwelle 152 gesichert ist, das Zahnrad 124, gesichert an der Ausgangswelle 20 und in Eingriff stehend mit dem Zahnkranz 158 und das Kupplungselement 156. Das Kupplungselement 156 ist, wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise eine Synchronisiervorrichtung. Der Kupplungselement 156 verbindet und trennt abwechselnd das Zahnrad 154 mit der bzw. von der Freilaufwelle 152. In 5 ist der Brücken-Drehmomentpfad 150 ähnlich realisiert, mit der Ausnahme, dass der Zahnkranz 158 mit dem fest an der Zusatzwelle 132 angebrachten Zahnrad 160 kämmt statt mit dem Zahnrad 124, wobei eine Planeten-Drehzahlreduzierung wie vorstehend beschrieben erfolgt. In 5 wird der Zahnkranz 106 sowohl in dem zweiten Satz primärer Drehmomentpfade 100 als auch in dem Brücken-Drehmomentpfad 150 eingesetzt.
Ein wählbarer Rückwärtsstufen-Drehmomentpfad 170 verbindet antreibend die Zwischenwelle 50 mit der Ausgangswelle 20 und gibt diese Verbindung selektiv frei. In 2 ist der Rückwärtsstufen-Drehmomentpfad 170 realisiert durch: den Zahnkranz 172, gesichert an der Zwischenwelle 50, das Zahnrad 174, gelagert auf der Freilaufwelle 152 und in Eingriff stehend mit dem Zahnkranz 172, den Zahnkranz 158, gesichert an der Freilaufwelle 152, das Zahnrad 124, gesichert an der Ausgangswelle 20 und ineinander greifend mit dem Zahnkranz 158, und durch das Kupplungselement 156. Der Kupplungselement 156 verbindet und trennt abwechselnd das Zahnrad 174 mit der bzw. von der Freilaufwelle 152. Man beachte, dass mehrere Komponenten sowohl in dem Brücken-Drehmomentpfad 150 als auch dem Rückwärtsstufen-Drehmomentpfad 170 verwendet werden. In 5 ist der Rückwärtsstufen-Drehmomentpfad 170 ähnlich realisiert, abgesehen davon, dass der Zahnkranz 158 mit dem an der Zusatzwelle 132 befestigten Zahnrad 160 kämmt, anstatt mit dem Zahnrad 124, wobei von der vorstehend beschriebenen Planetendrehzahlreduzierung Gebrauch gemacht wird.
Die Funktion des Getriebes wird nachfolgend mit Bezug auf den Positionsstatus der Kupplungshülsen und den eingerückten und den ausgerückten Status der Kupplungen 60 und 70 erläutert. Die folgende Erläuterung gilt für beide Anordnungen gemäß den 2 und 5.
Wenn das Getriebe im ersten bis dritten Gang betrieben wird, befindet sich das Bereichskupplungselement 130 in der niedrigen Stufe, d. h. seine Hülse ist nach links bewegt, um den Niedrigstufen-Zahnkranz 122 mit der Zwischenwelle 50 zu verbinden. Wenn das Getriebe im fünften bis zum achten Gang betrieben wird, befindet sich das Bereichskupplungselement 130 in der hohen Stufe, d. h., seine Hülse ist nach rechts bewegt, um den Hochstufen-Zahnkranz 126 mit der Zwischenwelle 50 zu verbinden. Während des Betriebs im vierten Gang kann der Status des Bereichkupplungselementes 130 in Vorbereitung auf ein Heraufschalten in die hohe Stufe oder in Vorbereitung auf ein Herunterschalten in die niedrige Stufe gewechselt werden.
Das erste Vorwärts-Übersetzungsverhältnis wird dadurch erzeugt, dass man die Schiebehülse des Kupplungselementes 90 zuerst nach links bewegt, um das Zahnrad 84 mit der Zwischenwelle 50 zu verbinden und dann die Reibkupplung 70 einzurücken. Die Kraft wird von dem Eingang über die Kupplung 70, die Welle 40, den Zahnkranz 82, das Zahnrad 84 und das Kupplungselement 90 auf die Zwischenwelle 50 übertragen. Eine zweite Drehzahlreduktion und Drehmomentvervielfachung erfolgt im Drehmomentpfad der niedrigen Stufe. In 2 erstreckt sich der Niedrigstufen-Drehmomentpfad von der Zwischenwelle 50, dem Kupplungselement 130, dem Zahnkranz 122 und dem Zahnrad 124 bis zur Ausgangswelle 20. In 5 erstreckt sich der Niedrigstufen-Drehmomentpfad von der Zwischenwelle 50, dem Kupplungselement 130, dem Zahnkranz 122, dem Zahnrad 124, der Zusatzwelle 132, dem Sonnenrad 134, den Planetenrädern 140 und dem Träger 138, bis zur Ausgangswelle 20.
Das Getriebe bewirkt ein Heraufschalten in den zweiten Gang vom ersten Gang durch ein Bewegen der Hülse des Kupplungselementes 110 nach links, wobei das Zahnrad 104 mit der Zwischenwelle 50 verbunden wird. Das Lösen der Kupplung 70 und das Einrücken der Kupplung 60 überträgt die Kraft zum zweiten Getriebe-Kraftpfad. Die Kraft wird nun von dem Eingang über die Kupplung 60, die Welle 30, den Zahnkranz 102, das Zahnrad 104 und das Kupplungselement 110 auf die Zwischenwelle 50 übertragen. Die Kraftübertragung setzt sich von der Zwischenwelle 50 zur Ausgangswelle 20 über den vorstehend beschriebenen Niedrigstufen-Kraftpfad fort.
Das Getriebe bewirkt ein Heraufschalten in den dritten Gang aus dem zweiten Gang durch ein Bewegen der Hülse des Kupplungselementes 90 nach rechts, wobei dadurch das Zahnrad 88 mit der Zwischenwelle 50 verbunden wird. Bei einem Lösen der Kupplung 60 und einem Einrücken der Kupplung 70 wird die Kraft auf den dritten Getriebe-Kraftpfad übertragen. Die Kraft wird nun vom Eingang über die Kupplung 70, die Welle 40, den Zahnkranz 86, das Zahnrad 88, und das Kupplungselement 90 auf die Zwischenwelle 50 übertragen. Die Kraftübertragung setzt sich, wie vorstehend beschrieben, von der Zwischenwelle 50 zur Ausgangswelle 20 über den Niedrigstufen-Kraftpfad fort. Das Kupplungselement 110 wird nun in die neutrale Position hin bewegt, um das Zahnrad 104 von der Zwischenwelle 50 zu lösen.
Das Getriebe bewirkt ein Heraufschalten in den vierten Gang aus dem dritten Gang durch eine Verlagerung der Schiebehülse des Kupplungselementes 156 nach links, um das Zahnrad 154 mit der Freilaufwelle 152 antreibend zu verbinden. Dann bewirkt ein Lösen der Kupplung 70 und Einrücken der Kupplung 60 die Kraftübertragung auf den vierten Getriebe-Kraftpfad. Die Kraft wird jetzt vom Eingang über die Kupplung 60, über die Welle 30, den Zahnkranz 106, das Zahnrad 154 und das Kupplungselement 156 auf die Freilaufwelle 152 übertragen. In 2 setzt sich der Kraftpfad von der Freilaufwelle 152, dem Zahnkranz 158, dem Zahnrad 124 bis zur Ausgangswelle 20 fort. In 5 setzt sich der Kraftpfad von der Freilaufwelle 152, dem Zahnkranz 158, dem Zahnrad 160, der Zusatzwelle 132, dem Sonnenrad 134, dem Planetenrad 140 und dem Träger 138 bis zur Ausgangswelle 20 fort.
Im vierten Gang wird die Schiebehülse des Kupplungselementes 130 nach rechts bewegt, um den Zahnkranz 126 antreibend mit der Zwischenwelle 50 zu verbinden, wobei die hohe Stufe ausgewählt wird. Jedoch wird solange keine Kraft über den Hochstufen-Drehmomentpfad übertragen, bis ein Schalten in den fünften Gang eingeleitet wird.
Das Getriebe bewirkt ein Heraufschalten in den fünften Gang aus dem vierten Gang durch ein Verlagern der Hülse des Kupplungselementes 90 nach links, wobei das Zahnrad 84 mit der Zwischenwelle 50 verbunden wird. Ein Lösen der Kupplung 60 und ein Einrücken der Kupplung 70 bewirkt die Kraftübertragung zum fünften Getriebe-Kraftpfad. In 2 wird Kraft nun vom Eingang über die Kupplung 70, die Welle 40, den Zahnkranz 82, das Zahnrad 84, und das Kupplungselement 90 auf die Zwischenwelle 50 übertragen. Die Kraft wird von der Zwischenwelle 50 zur Ausgangswelle 20 über den Hochstufen-Drehmomentpfad, die Zwischenwelle 50, das Kupplungselement 130, den Zahnkranz 126 und das Zahnrad 128 auf die Ausgangswelle 20 übertragen. In 5 wird das Drehmoment von der Zwischenwelle 50, dem Kupplungselement 130, dem Zahnkranz 126, dem Zahnrad 128, und dem Träger 138 auf die Ausgangswelle 20 übertragen. Der Hochstufen-Drehmomentpfad gemäß 5 ist ein direkter Gang über den Planetenradsatz.
Das Getriebe bewirkt ein Heraufschalten in den sechsten Gang aus dem fünften Gang durch ein Bewegen der Hülse des Kupplungselementes 110 nach links, wobei das Zahnrad 104 mit der Zwischenwelle 50 verbunden wird. Ein Lösen der Kupplung 70 und ein Einrücken der Kupplung 60 hat eine Kraftübertragung auf den sechsten Getriebe-Kraftpfad zur Folge. Die Kraft wird nun vom Eingang über die Kupplung 60, die Welle 30, den Zahnkranz 102, das Zahnrad 104 und das Kupplungselement 110 auf die Zwischenwelle 50 übertragen. Die Kraft wird weiterhin von der Zwischenwelle 50, wie vorstehend beschrieben, über den Hochstufen-Kraftpfad auf die Ausgangswelle 20 übertragen.
Das Getriebe bewirkt ein Heraufschalten in den siebten Gang aus dem sechsten Gang durch ein Bewegen der Hülse des Kupplungselementes 90 nach rechts, wobei das Zahnrad 88 mit der Zwischenwelle 50 verbunden wird. Ein Lösen der Kupplung 60 und ein Einrücken der Kupplung 70 bewirkt eine Übertragung der Kraft auf den siebten Getriebe-Kraftpfad. Die Kraft wird nun vom Eingang über die Kupplung 70, die Welle 40, den Zahnkranz 86, das Zahnrad 88 und das Kupplungselement 90 auf die Zwischenwelle 50 übertragen. Die Kraft wird weiterhin, wie vorstehend beschrieben von der Zwischenwelle 50 über den Hochstufen-Kraftpfad auf die Ausgangswelle 20 übertragen.
Das Getriebe gemäß 5 bewirkt ein Heraufschalten in den achten Gang aus dem siebten Gang durch ein Bewegen der Hülse des Kupplungselementes 110 nach rechts, wobei das Zahnrad 108 mit der Zwischenwelle 50 verbunden wird. Ein Lösen der Kupplung 70 und ein Einrücken der Kupplung 60 bewirkt die Übertragung der Kraft auf den achten Getriebe-Kraftpfad. Die Kraft wird nun vom Eingang über die Kupplung 60, die Welle 30, den Zahnkranz 106, das Zahnrad 108 und das Kupplungselement 110 auf die Zwischenwelle 50 übertragen. Die Kraft wird weiterhin, wie vorstehend beschrieben, von der Zwischenwelle 50 über den Hochstufen-Kraftpfad auf die Ausgangswelle 20 übertragen.
Ein Zurückschalten wird durch Umkehr der Schritte für das Heraufschalten durchgeführt.
Um die Rückwärtsstufen auszuwählen, wird die Schiebehülse des Kupplungselementes 156 nach rechts bewegt, um das Zahnrad 174 mit der Freilaufwelle 152 zu verbinden. Die Schiebehülse des Kupplungselementes 130 muss in der neutralen Position sein, damit weder die niedrige Stufe noch die hohe Stufe ausgewählt wird. In 2 erstreckt sich der Rückwärtsstufen-Drehmomentpfad von der Zwischenwelle 50, dem Zahnkranz 172, dem Zahnrad 174, dem Kupplungselement 156, der Freilaufwelle 152, dem Zahnkranz 158 und dem Zahnrad 124 bis zur Ausgangswelle 20. In 5 erstreckt sich der Niedrigstufen-Drehmomentpfad von der Zwischenwelle 50, dem Zahnkranz 172, dem Zahnrad 174, dem Kupplungselement 156, der Freilaufwelle 152, dem Zahnkranz 158, dem Zahnrad 160, der Zusatzwelle 132, dem Sonnenrad 134, den Planetenrädern 140 und dem Träger 138 bis zu Ausgangswelle 20.
Das erste Rückwärtsgang-Übersetzungsverhältnis wird durch ein Bewegen der Schiebehülse des Kupplungselementes 90 zuerst nach links erzeugt, um das Zahnrad 84 mit der Zwischenwelle 50 zu verbinden, und ein anschließendes Einrücken der Reibkupplung 70. Die Kraft wird von dem Eingang über die Kupplung 70, die Welle 40, den Zahnkranz 82, das Zahnrad 84 und das Kupplungselement 90 auf die Zwischenwelle 50 übertragen. Eine zweite Drehzahlverringerung und Drehmomentübersetzung erfolgt im Rückwärtsstufen-Drehmomentpfad wie vorstehend beschrieben.
Die Betätigungsreihenfolge zum Heraufschalten aus dem ersten Rückwärtsgang in den zweiten Rückwärtsgang und dann in den dritten Rückwärtsgang ist die Gleiche wie diejenige für die entsprechenden Schritte bei dem Vorwärtsantrieb.
Das Getriebe gemäß 5 bewirkt ein Heraufschalten in den vierten Rückwärtsgang aus dem dritten Rückwärtsgang durch ein Bewegen der Hülse des Kupplungselementes 110 nach rechts, wobei das Zahnrad 108 mit der Zwischenwelle 50 verbunden wird. Ein Lösen der Kupplung 70 und ein Einrücken der Kupplung 60 bewirken eine Übertragung der Kraft auf den achten Getriebe-Kraftpfad. Die Kraft wird nun vom Eingang über die Kupplung 60, die Welle 30, den Zahnkranz 106, das Zahnrad 108 und das Kupplungselement 110 auf die Zwischenwelle 50 übertragen. Die Kraft wird weiterhin von der Zwischenwelle 50, wie vorstehend beschrieben, über den Rückwärtsstufen-Kraftpfad auf die Ausgangswelle 20 übertragen.
Alle Getriebe, die die funktionellen Komponenten entsprechend 1 aufweisen, haben die gleiche Funktionsweise wie das erfindungsgemäße Getriebe. Sowohl für die niedrigen Stufen als auch für die hohen Stufen und auch für die Rückwärts-Stufen wird ein Satz primärer Drehmomentpfade eingesetzt. Die Drehmomentverhältnisse für den Niedrigstufen-Drehmomentpfad, den Hochstufen-Drehmomentpfad und den Brücken-Drehmomentpfad sind so gewählt, dass der Brücken-Drehmomentpfad eine höhere Ausgangsdrehzahl erzeugt als der höchste primäre Drehmomentpfad in Verbindung mit dem Niedrigstufen-Drehmomentpfad, und dass der Brücken-Drehmomentpfad eine niedrigere Ausgangsdrehzahl als der niedrigste primäre Drehmomentpfad in Verbindung mit dem Hochstufen-Drehmomentpfad erzeugt. Es können zusätzliche primäre Drehmomentpfade vorgesehen sein, die nur in einer Vorwärtsstufe und Rückwärtsstufe verwendet werden, wie es für den achten und vierten Gang gemäß 5 der Fall ist.

Claims

Mehrgang-Leistungsgetriebe, umfassend: erste und zweite Eingangswellen (30, 40); eine Ausgangswelle (20); eine Zwischenwelle (50); einen ersten Satz wählbarer Drehmomentpfade zwischen der ersten Eingangswelle (30) und der Zwischenwelle (50); einen zweiten Satz wählbarer Drehmomentpfade zwischen der zweiten Eingangswelle (40) und der Zwischenwelle (50); einen dritten Satz wählbarer Drehmomentpfade zwischen der Zwischenwelle (50) und der Ausgangswelle (20); und einen wählbaren Brücken-Drehmomentpfad (150) zwischen der ersten Eingangswelle (30) und der Ausgangswelle (20).
Getriebe nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch: einen Eingang; eine erste Kupplung, antreibend verbunden mit dem Eingang, und eine erste Eingangswelle (30) für ein abwechselndes Verbinden und Trennen des Eingangs mit bzw. von der ersten Eingangswelle (30), und eine mit dem Eingang in Antriebsverbindung stehende zweite Kupplung, und eine zweite Eingangswelle (40) für ein abwechselndes Verbinden und Trennen des Eingangs mit bzw. von der zweiten Eingangswelle (40).
Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Satz von Drehmomentpfaden umfasst: an der ersten Eingangswelle (30) gesicherte erste und zweite Zahnkränze, auf der Zwischenwelle (50) gelagerte und in kontinuierlichem Eingriff mit dem ersten bzw. zweiten Zahnkranz stehende erste und zweite Zahnräder, und ein an der Zwischenwelle (50) gesichertes erstes Kupplungselement zur Auslösung einer abwechselnden Kupplungsverbindung des ersten Zahnrads und des zweiten Zahnrads mit der Zwischenwelle (50).
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Satz von Drehmomentpfaden umfasst: einen ersten Zahnkranz, gesichert an der ersten Eingangswelle (30); ein erstes Zahnrad, gelagert auf der Zwischenwelle (50) und in ununterbrochenem Eingriff mit dem ersten Zahnkranz stehend; und ein an der Zwischenwelle (50) für ein lösbares Kuppeln des ersten Zahnrads mit der Zwischenwelle (50) gesichertes erstes Kupplungselement.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Satz von Drehmomentpfaden umfasst: dritte und vierte Zahnkränze, gesichert an der zweiten Eingangswelle (40); dritte und vierte Zahnräder, die auf der Zwischenwelle (50) gelagert sind und in ununterbrochenem Eingriff bzw. mit den dritten bzw. vierten Zahnkränzen stehen; und eine zweite Kupplungseinrichtung, gesichert an der Zwischenwelle (50), zwecks lösbaren abwechselnden Kuppelns des dritten Zahnrads bzw. des vierten Zahnrads mit der Zwischenwelle (50).
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Satz von Drehmomentpfaden umfasst: einen wählbaren Drehmomentpfad für eine niedrige Stufe; und einen wählbaren Drehmomentpfad für eine hohe Stufe.
Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Satz von Drehmomentpfaden ferner umfasst: einen für den Rückwärtsbereich wählbaren Drehmomentpfad, der eine Drehung der Ausgangswelle (20) in einer der durch den Drehmomentpfad für die niedrige Stufe und den Drehmomentpfad für die hohe Stufe bewirkten Drehrichtung der Zwischenwelle (50) entgegengesetzten Drehrichtung bewirkt.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Satz von Drehmomentpfaden umfasst: fünfte und sechste Zahnkränze, gelagert auf der Zwischenwelle (50); fünfte und sechste Zahnräder, die an der Ausgangswelle (20) gesichert sind und in kontinuierlichem Eingriff mit den fünften bzw. sechsten Zahnkränzen stehen; und ein an der Zwischenwelle (50) gesichertes und zum Zwecke einer Auslösung einer abwechselnden Kupplungsverbindung des fünften Zahnkranzes und des sechsten Zahnkranzes mit der Zwischenwelle (50) vorgesehenes drittes Kupplungselement.
Getriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Satz von Drehmomentpfaden ferner umfasst: eine Freilaufwelle (152); einen siebten Zahnkranz, gesichert an der Zwischenwelle (50); ein siebtes Zahnrad, gelagert auf der Freilaufwelle (152) und mit dem siebten Zahnkranz in Antriebsverbindung stehend; einen achten Zahnkranz, gesichert an der Freilaufwelle (152) und in kontinuierlichem Eingriff mit dem fünften Zahnrad stehend; und ein an der Freilaufwelle (152) drehfest angebrachtes viertes Kupplungselement für eine lösbare Kupplungsverbindung zwischen dem siebten Zahnrad und der Freilaufwelle (152).
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Satz von Drehmomentpfaden umfasst: eine zusätzliche Welle; ein drehfest mit der zusätzlichen Welle verbundenes Sonnenrad; einen Planetenradträger (138), antreibend verbunden mit der Ausgangswelle (20); ein drehfest angebrachtes Hohlrad; einen auf dem Planetenradträger angeordneten Satz von Planetenrädern, die in kontinuierlichem Eingriff mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad stehen; neunte und zehnte Zahnkränze, gelagert auf der Zwischenwelle (50); ein neuntes Zahnrad, gesichert an der Zusatzwelle und in kontinuierlichem Eingriff mit dem neunten Zahnkranz stehend; ein zehntes Zahnrad, welches mit der Ausgangswelle (20) in Antriebsverbindung steht und in kontinuierlichem Eingriff mit dem zehnten Zahnkranz steht; und ein drittes Kupplungselement, gesichert an der Zwischenwelle (50) zum Zwecke einer Auslösung einer lösbaren Kupplungsverbindung des neunten Zahnkranzes bzw. des zehnten Zahnkranzes mit der Zwischenwelle (50).
Getriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Satz von Drehmomentpfaden ferner, umfasst: eine Freilaufwelle (152); einen siebten Zahnkranz gesichert an der Zwischenwelle (50); ein siebtes Zahnrad, gelagert auf der Freilaufwelle (152) und mit dem siebten Zahnkranz in Antriebsverbindung stehend einen elften Zahnkranz, gesichert an der Freilaufwelle; ein elftes Zahnrad, gesichert an der Zusatzwelle und in kontinuierlichem Eingriff mit dem elften Zahnkranz stehend; und ein an der Freilaufwelle (152) gesichertes viertes Kupplungselement zwecks Erstellung einer lösbaren Kupplungsverbindung des siebten Zahnrads mit der Freilaufwelle,
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Brücken-Drehmomentpfad (150) umfasst: eine Freilaufwelle (152); einen zweiten Zahnkranz, gesichert an der Eingangswelle; ein zweites Zahnrad, gelagert auf der Freilaufwelle (152) und in kontinuierlichem Eingriff mit dem zweiten Zahnkranz stehend; einen achten Zahnkranz, drehfest mit der Freilaufwelle (152) verbunden; ein fünftes Zahnrad, drehfest mit der Ausgangswelle (20) verbunden und in kontinuierlichem Eingriff mit dem achten Zahnkranz stehend; und ein drehfest mit der Freilaufwelle (152) verbundenes viertes Kupplungselement zum Zwecke der Erstellung einer lösbaren Kupplungsverbindung des zweiten Zahnrads mit der freilaufenden Welle.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Brücken-Drehmomentpfad (150) umfasst: einen ersten Zahnkranz, gesichert an der ersten Eingangswelle (30); eine Freilaufwelle (152); einen elften Zahnkranz, gesichert an der Freilaufwelle (152); ein elftes Zahnrad, gesichert an der Zusatzwelle und in kontinuierlichem Eingriff mit dem elften Zahnkranz stehend; ein dreizehntes Zahnrad, gelagert auf der Freilaufwelle (152) und in kontinuierlichem Eingriff mit dem ersten Zahnkranz stehend; und ein drehfest mit der Freilaufwelle (152) verbundenes viertes Kupplungselement zum Zwecke der Erstellung einer lösbaren Kupplungsverbindung des dreizehnten Zahnrades mit der Freilaufwelle.