DE102006001646B4

DE102006001646B4 - Lastschaltgetriebe

Info

Publication number: DE102006001646B4
Application number: DE102006001646A
Authority: DE
Inventors: Raymond J. Haka; Madhusudan Raghaven
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2006-01-12
Publication date: 2011-12-08
Anticipated expiration: 2026-01-13
Also published as: US7291087B2; US20060154777A1; DE102006001646A1

Abstract

Lastschaltgetriebe (14), umfassend: einen ersten Planetenradsatz (18) mit einem Sonnenrad (S1), einem Hohlrad (R1) und einem Planetenträger (C1), an dem mehrere Planetenräder (P1) drehbar montiert sind, wobei die Planetenräder (P1) in kämmender Beziehung mit dem Sonnenrad (S1) und dem Hohlrad (R1) angeordnet sind, einen zweiten Planetenradsatz (20) mit einem Sonnenrad (S2), einem Hohlrad (R2) und einem Planetenträger (C2), an dem mehrere Planetenräder (P2) drehbar montiert sind, wobei die Planetenräder (P2) in kämmender Beziehung mit dem Sonnenrad (S2) und dem Hohlrad (R2) angeordnet sind, eine Antriebswelle (22) und eine Abtriebswelle (30), die kontinuierlich mit dem Hohlrad (R2) des zweiten Planetenradsatzes (20) verbunden ist, einen ersten Synchronisiermechanismus (24), der mit der Antriebswelle (22), mit dem Hohlrad (R1) des ersten Planetenradsatzes (18) sowie mit dem Sonnenrad (S2) und dem Planetenträger (C2) des zweiten Planetenradsatzes (20) in kontinuierlicher Verbindung steht en (A, B, N)...

Description

Die Erfindung betrifft ein Lastschaltgetriebe mit zwei Planetenradsätzen und drei Synchronisiermechanismen.
In DE 103 33 097 A1 , DE 103 29 058 A1 und DE 103 26 332 A1 ist jeweils ein Lastschaltgetriebe beschrieben, das umfasst: zwei Planetenradsätze, die jeweils ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Planetenträger aufweisen, an dem mehrere Planetenräder drehbar montiert sind, wobei die Planetenräder in kämmender Beziehung mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad angeordnet sind; eine Antriebswelle; eine Abtriebswelle; und drei Synchronisiermechanismen, die jeweils mehrere Schaltstellungen aufweisen, wobei die jeweiligen Schaltstellungen der Synchronisiermechanismen selektiv gewählt werden können, so dass zumindest sechs Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle bereitstellbar sind.
Gegenwärtige Kraftfahrzeuge und Lkw umfassen Mehrgang-Lastschaltgetriebe. Die Verwendung von Planetenradsätzen und automatisch schaltenden Lastschaltgetrieben hat auf dem Gebiet des Fahrzeugtransports größere Bedeutung gewonnen. Die Planetengetriebe, die in Antriebssträngen angewandt werden, umfassen im Allgemeinen zwei oder mehr Planetenradsätze und mehrere fluidbetätigte Drehmomentübertragungsmechanismen, die üblicherweise Kupplungen und Bremsen genannt werden.
Obwohl diese Anordnungen sehr gut arbeiten und für einen einfachen Betrieb sorgen, ist es erwünscht, den Wirkungsgrad dieser Einheiten zu verbessern. Eine Möglichkeit zur Verbesserung des Wirkungsgrades ist die Beseitigung der hydraulischen Bauteile des Getriebes. Dies wurde natürlich in vielen früheren Lastschaltgetrieben unter Verwendung von Vorgelegewellenanordnungen und Schaltmechanismen mit Synchroneinrichtungen vorgenommen. Die Schaltmechanismen mit Synchroneinrichtungen wandten im Allgemeinen einen Handsteuermechanismus an, wodurch die Notwendigkeit für Hochdruck-Hydraulikfluid in dem Getriebesteuersystem beseitigt wurde.
In letzter Zeit ist herausgefunden worden, dass sich der Planetenradsatz selbst recht gut für Kupplungen und Bremsen vom mechanischen oder Synchroneinrichtungstyp eignen wird.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Lastschaltgetriebe bereitzustellen, das mechanische Kupplungsmechanismen enthält. Dies wird mit einem Lastschaltgetriebe gemäß Anspruch 1 erreicht.
Ein Lastschaltgetriebe umfasst zwei Planetenradsätze, die durch mindestens drei mechanische Kupplungen gesteuert sind.
Die mechanischen Kupplungen stellen drei Antriebsmechanismen und zwei Bremsmechanismen bereit.
Eine der mechanischen Kupplungen stellt einen Eingangsantrieb selektiv für jeden der Planetenradsätze bereit.
Eine der mechanischen Kupplungen stellt einen Eingangsantrieb für einen der Planetenradsätze und einen Bremsmechanismus ebenso für diesen Planetenradsatz bereit.
Die mechanischen Kupplungen werden selektiv gesteuert, um zumindest sechs Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang zwischen einer Getriebeantriebswelle und einer Getriebeabtriebswelle herzustellen.
Eine Planetenradanordnung umfasst Planetenradsätze, die durch mindestens ein Element kontinuierlich verbunden sind, und mindestens drei mechanische Kupplungsmechanismen, wobei einer der Kupplungsmechanismen die miteinander verbundenen Elemente mit der Getriebeantriebswelle verbindet, eine andere der mechanischen Kupplungen ein einzelnes Element von einem der Planetenradsätze mit der Antriebswelle oder mit einem Getriebegehäuse verbindet, und eine weitere der mechanischen Kupplungen ein Element von einem der Planetenradsätze mit einem Element des anderen Planetenradsatzes oder mit dem Getriebegehäuse verbindet.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen ist bzw. sind:
1 eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs, der ein Getriebe aufweist, das die vorliegende Erfindung enthält;
2 eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs, der das in 1 dargestellte Getriebe aufweist, mit einem unterschiedlichen Ort für die mechanischen Kupplungen; und
3A bis 3G Hebeldiagramme, die die verschiedenen Übersetzungsverhältnisse zeigen, die mit den in den 1 und 2 dargestellten Getrieben erzielt werden können.
In den Zeichnungen, in denen gleiche oder ähnliche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten die gleichen oder entsprechende Teile darstellen, ist in 1 ein Antriebsstrang 10 mit einem Motor 12 und einem Lastschaltgetriebe 14 zu sehen. Das Lastschaltgetriebe 14 weist eine Antriebskupplung 16, ein Paar Planetenradsätze 18 und 20, eine Antriebswelle 22, einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus, wie etwa eine mechanische Kupplung oder eine Synchroneinrichtung 24, einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus, wie etwa eine mechanische Kupplung oder eine Synchroneinrichtung 26, einen dritten Drehmomentübertragungsmechanismus, wie eine mechanische Kupplung oder eine Synchroneinrichtung 28, und eine Abtriebswelle 30 auf.
Der Planetenradsatz 18 umfasst ein Sonnenrad S1, ein Hohlrad R1 und einen Planetenträger C1. An dem Planetenträger C1 sind mehrere Planetenräder P1 drehbar montiert, die in kämmender Beziehung mit dem Sonnenrad S1 und dem Hohlrad R1 angeordnet sind.
Der Planetenradsatz 20 umfasst ein Sonnenrad S2, ein Hohlrad R2 und einen Planetenträger C2. An dem Planetenträger C2 sind mehrere Planetenräder P2 drehbar montiert, die in kämmender Beziehung mit dem Sonnenrad S2 und dem Hohlrad R2 angeordnet sind. Das Hohlrad R2 ist kontinuierlich mit der Abtriebswelle 30 verbunden.
Die Antriebskupplung 16 stellt einen selektiv einrückbaren Antrieb zwischen dem Motor 12 und der Antriebswelle 22 bereit. Die Antriebskupplung 16 weist ein Paar Scheiben 32 und 34 auf, die um ein Reibungselement 36 herum angeordnet sind. Das Reibungselement 36 ist mit der Antriebswelle 22 über einen herkömmlichen Dämpfermechanismus 38 verbunden. Wenn die Scheiben 32 und 34 in Eingriff mit dem Reibungselement 36 gebracht werden, wird eine Antriebsverbindung zwischen dem Motor 12 und der Antriebswelle 22 hergestellt.
Die Antriebswelle 22 steht mit einer Nabe 40 in Antriebsverbindung, die mit einer Schiebemuffe 42 der Synchroneinrichtung 24 in Antriebsverbindung steht. Die Synchroneinrichtung 24 weist zwei Abtriebsnaben 44 und 46 auf, die jeweils mit einer Zwischenwelle 48 bzw. einer Hohlwelle 50 verbunden sind. Die Zwischenwelle 48 ist kontinuierlich mit dem Planetenträger C2 des Planetenradsatzes 20 verbunden. Die Hohlwelle 50 ist kontinuierlich mit dem Hohlrad R1 über eine Nabe 52 und mit dem Sonnenrad S2 des Planetenradsatzes 20 verbunden.
Die Nabe 40 steht auch mit einem Kupplungselement 54 in Antriebsverbindung, das ein Bauteil der Synchroneinrichtung 26 ist. Die Synchroneinrichtung 26 umfasst auch eine Schiebemuffe 56 und ein feststehendes Element 58. Die Schiebemuffe 56 steht über eine Nabe 60 mit dem Sonnenrad S1 in Antriebsverbindung. Der Planetenträger C1 steht über eine Nabe 64 mit einer Schiebemuffe 66 in Antriebsverbindung, die ein Element der Synchroneinrichtung 28 ist. Die Synchroneinrichtung 28 umfasst auch ein feststehendes Element 68 und ein Abtriebselement 70. Das Abtriebselement 70 ist kontinuierlich mit dem Planetenträger C2 verbunden. Die feststehenden Elemente 68 und 58 sind kontinuierlich mit einem Teil des Getriebegehäuses 72 verbunden.
Die Synchroneinrichtung 24 weist eine A-Stellung, eine B-Stellung und eine N-Stellung auf. Die N-Stellung ist ein neutraler Zustand, in dem die Synchroneinrichtung 24 keine Antriebsverbindung zwischen den Elementen des Lastschaltgetriebes 14 liefert. In Stellung A wird die Synchroneinrichtung 24 die Nabe 40 treibend mit der Zwischenwelle 48 verbinden. Dies verbindet effektiv die Antriebswelle 22 mit dem Planetenträger C2. In der B-Stellung wird die Synchroneinrichtung 24 die Nabe 40 treibend mit der Hohlwelle 50 verbinden. Dies verbindet effektiv die Antriebswelle 22 mit sowohl dem Hohlrad R1 als auch dem Sonnenrad S2.
Die Synchroneinrichtung 26 weist eine A-Stellung, eine N-Stellung und eine B-Stellung auf. Wieder ist die N-Stellung ein neutraler Zustand. In der A-Stellung wird die Synchroneinrichtung 26 eine Antriebsverbindung zwischen der Nabe 40 und dem Sonnenrad S1 bereitstellen. In der B-Stellung wird die Synchroneinrichtung 26 eine Bremsverbindung für das Sonnenrad S1 mit dem Getriebegehäuse 72 bereitstellen.
Die Synchroneinrichtung 28 weist vier Betriebsstellungen A, N, B und C auf. Wieder befindet sich in der N-Stellung die Synchroneinrichtung 28 im neutralen Zustand und stellt keine Verbindungen zwischen den Getriebeelementen bereit. In der A-Stellung wird die Synchroneinrichtung 28 den Planetenträger C1 mit dem Getriebegehäuse 72 verbinden. In der B-Stellung wird die Synchroneinrichtung 28 die Planetenträger C1 und C2 verbinden. In der C-Stellung wird die Synchroneinrichtung 28 die Planetenträger C1 und C2 mit dem Getriebegehäuse 72 verbinden.
Während des Betriebes des Lastschaltgetriebes 14 befindet sich die Synchroneinrichtung 24 in der N-Stellung für einen ersten Vorwärtsgang im neutralen Zustand, in der A-Stellung für den dritten, fünften und sechsten Vorwärtsgang und in der B-Stellung für den zweiten Vorwärtsgang, den vierten Vorwärtsgang und den Rückwärtsgang. Die Synchroneinrichtung 26 befindet sich in der A-Stellung für den ersten, vierten und sechsten Vorwärtsgang, in der N-Stellung für den Rückwärts-Zustand und den neutralen Zustand und in der B-Stellung für den zweiten, dritten und fünften Vorwärtsgang. Die Synchroneinrichtung 28 befindet sich in der A-Stellung für den sechsten Vorwärtsgang, in der N-Stellung für den fünften Vorwärtsgang, in der B-Stellung für den zweiten und dritten Vorwärtsgang und in der C-Stellung für den Rückwärtsgang und den ersten Vorwärtsgang.
In 2 ist der Antriebsstrang 10 derselbe wie der Antriebsstrang in 1. Den Bauteilen sind die gleichen Bezugszeichen gegeben worden, da sie auf eine identische Art und Weise arbeiten. Der wesentliche Unterschied zwischen den in den 1 und 2 gezeigten Lastschaltgetrieben 14 ist die Anordnung der Synchroneinrichtungen 24, 26 und 28. Insbesondere die Stellung der Synchroneinrichtung 28 ist am bedeutsamsten. Es ist anzumerken, dass die Elemente der Synchroneinrichtung 28 außerhalb des maximalen Radius der Planetenradsätze 18, 20 bewegt worden sind, so dass der Planetenradsatz 20 nach vorne näher zu dem Planetenradsatz 18 bewegt werden kann. Dies erlaubt es, dass die axiale Länge des Lastschaltgetriebes 14 beträchtlich kürzer sein kann, während das Profil des Lastschaltgetriebes 14 im radialen oder Trommeldurchmesser verbreitert wird. Wenn das Lastschaltgetriebe 14 den Boden des Pkw stören würde, kann somit ein Lastschaltgetriebe 14, das länger ist und einen kleineren Durchmesser aufweist, wie das von 1, angewandt werden, und dort, wo der Trommeldurchmesser ohne Folgen bleibt, kann das in 2 gezeigte Lastschaltgetriebe 14 angewandt werden. Das in 2 gezeigte Lastschaltgetriebe 14 wäre für einen quer eingebauten Antriebsstrang 10 vorteilhafter, und das in 1 gezeigte Lastschaltgetriebe 14 wäre für einen längs eingebauten Antriebsstrang 10 vorteilhafter.
Die Auswahl der Stellung für die Synchroneinrichtungen 24, 26, 28 ist in den Hebeldiagrammen A bis G in 3 gezeigt. Diejenigen, die mit der Hebeldiagrammbeschreibung vertraut sind, werden die Verbindungen, die in den schematischen Auswahlen A bis G von 3 hergestellt werden, erkennen. Beispielsweise sind in 3A die Planetenträger C1 und C2 miteinander und mit dem Getriebegehäuse 72 verbunden, wenn sich die Synchroneinrichtung 28 in der C-Stellung befindet. Das Sonnenrad S1 ist mit der Antriebswelle 22 verbunden; deshalb befindet sich die Synchroneinrichtung 26 in der A-Stellung. In jedem der Hebeldiagramme wird leicht ersichtlich, welche Verbindungen durch die Synchroneinrichtungen 24, 26, 28 hergestellt werden.
Die in den 1 und 2 gezeigten Lastschaltgetriebe 14 sind zu sechs Vorwärtsbetriebsgängen in der Lage. Beispielsweise könnte das in 1 gezeigte Lastschaltgetriebe 14 ein R1/S1-Verhältnis von 1,84 und ein R2/S2-Verhältnis von 2,06 aufweisen. Mit diesen Hohlrad/Sonnenrad-Verhältnissen würde das Lastschaltgetriebe 14 einen Rückwärtsantrieb mit dem Verhältnis von –2,059, ein erstes Übersetzungsverhältnis von 3,793, ein zweites Übersetzungsverhältnis von 2,095, ein drittes Übersetzungsverhältnis von 1,358, ein viertes Übersetzungsverhältnis von 1, ein fünftes Übersetzungsverhältnis von 0,673 und ein sechstes Übersetzungsverhältnis von 0,572 liefern.

Claims

Lastschaltgetriebe (14), umfassend: einen ersten Planetenradsatz (18) mit einem Sonnenrad (S1), einem Hohlrad (R1) und einem Planetenträger (C1), an dem mehrere Planetenräder (P1) drehbar montiert sind, wobei die Planetenräder (P1) in kämmender Beziehung mit dem Sonnenrad (S1) und dem Hohlrad (R1) angeordnet sind, einen zweiten Planetenradsatz (20) mit einem Sonnenrad (S2), einem Hohlrad (R2) und einem Planetenträger (C2), an dem mehrere Planetenräder (P2) drehbar montiert sind, wobei die Planetenräder (P2) in kämmender Beziehung mit dem Sonnenrad (S2) und dem Hohlrad (R2) angeordnet sind, eine Antriebswelle (22) und eine Abtriebswelle (30), die kontinuierlich mit dem Hohlrad (R2) des zweiten Planetenradsatzes (20) verbunden ist, einen ersten Synchronisiermechanismus (24), der mit der Antriebswelle (22), mit dem Hohlrad (R1) des ersten Planetenradsatzes (18) sowie mit dem Sonnenrad (S2) und dem Planetenträger (C2) des zweiten Planetenradsatzes (20) in kontinuierlicher Verbindung steht und der eingerichtet ist, über drei Schaltstellungen (A, B, N) selektiv den Planetenträger (C2) des zweiten Planetenradsatzes (20) oder das Hohlrad (R1) des ersten Planetenradsatzes (18) und das Sonnenrad (S2) des zweiten Planetenradsatzes (20) mit der Antriebswelle (22) zu verbinden oder keine Verbindung zwischen der Antriebswelle (22) und den beiden beiden Planetenradsätzen (18, 20) herzustellen, einen zweiten Synchronisiermechanismus (26), der mit der Antriebswelle (22), mit dem Sonnenrad (S1) des ersten Planetenradsatzes (18) und mit einem ersten feststehenden Element (58) des Lastschaltgetriebes (14) in kontinuierlicher Verbindung steht und der eingerichtet ist, über drei Schaltstellungen (A, B, N) selektiv das Sonnenrad (S1) des ersten Planetenradsatzes (18) mit der Antriebswelle (22) oder mit dem ersten feststehenden Element (58) oder mit keinem von der Antriebswelle (22) und dem ersten feststehenden Element (58) zu verbinden, und einen dritten Synchronisiermechanismus (28), der mit den Planetenträgern (C1, C2) des ersten und zweiten Planetenradsatzes (18, 20) und mit einem zweiten feststehenden Element (68) des Lastschaltgetriebes (14) in kontinuierlicher Verbindung steht und der eingerichtet ist, über vier Schaltstellungen (A, B, C, N) selektiv den Planetenträger (C1) des ersten Planetenradsatzes (18) mit dem zweiten feststehenden Element (68) oder die Planetenträger (C1, C2) des ersten und zweiten Planetenradsatzes (18, 20) miteinander oder die Planetenträger (C1, C2) des ersten und zweiten Planetenradsatzes (18, 20) mit dem zweiten feststehenden Element (68) zu verbinden oder keine Verbindung der beiden Planetenträger (C1, C2) untereinander und mit dem zweiten feststehenden Element (68) herzustellen, wobei die jeweiligen Schaltstellungen (A, B, C, N) der Synchronisiermechanismen (24, 26, 28) selektiv gewählt werden können, so dass zumindest sechs Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang zwischen der Antriebswelle (22) und der Abtriebswelle (30) bereitstellbar sind.