DE102006046103A1

DE102006046103A1 - Sechsganggetriebe mit einem einzigen Träger

Info

Publication number: DE102006046103A1
Application number: DE102006046103A
Authority: DE
Inventors: Donald Carmel Klemen; Robert K. Greenwood Dunlap
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Allison Transmission Inc
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2007-04-12
Also published as: CN1940346A; US7396312B2; US20070072734A1; CN100439756C

Abstract

Es ist ein Sechsganggetriebe vorgesehen, das drei Planetenradsätze, die einen gemeinsamen Träger aufweisen, und sechs Drehmomentübertragungsmechanismen umfasst, die in Kombination von zweien betrieben werden, um mindestens sechs Vorwärtsgänge und zwei Rückwärtsgänge bereitzustellen. Es ist auch ein Verfahren zum Zusammenbauen eines Getriebes vorgesehen. Es kann eine Verringerung der Komponenten und eine Komponentenstandardisierung erreicht werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Lastschaltgetriebe, die drei Planetenradsätze mit einem einzigen, gemeinsamen Träger aufweisen. Genauer werden die Zahnradsätze von sechs Drehmomentübertragungsmechanismen gesteuert, um sechs Vorwärtsgänge und zwei Rückwärtsgänge bereitzustellen.
Personenkraftwagen umfassen einen Antriebsstrang, der aus einem Motor, einem Mehrganggetriebe und einem Differential- oder Achsantrieb besteht. Das Mehrganggetriebe erhöht den Gesamtbetriebsbereich des Fahrzeugs, indem es zulässt, dass der Motor seinen Drehmomentbereich mehrfach durchlaufen kann. Die Anzahl von Vorwärtsgängen, die in dem Getriebe verfügbar sind, bestimmt die Häufigkeit, mit der der Motordrehmomentbereich wiederholt durchlaufen wird. Frühe Automatikgetriebe wiesen zwei Drehzahlbereiche auf. Dies begrenzte den Gesamtdrehzahlbereich des Fahrzeugs stark und erforderte daher einen relativ großen Motor, der einen weiten Drehzahl- und Drehmomentbereich erzeugen konnte. Dies führte dazu, dass der Motor während der Fahrt bei einem spezifischen Kraftstoffverbrauchspunkt arbeitete, der nicht der effizienteste Punkt war. Deshalb waren von Hand geschaltete Getriebe (Vorgelegewellengetriebe) am beliebtesten.
Mit dem Aufkommen von Drei- und Viergang-Automatikgetrieben nahm die Beliebtheit des automatisch schaltenden Getriebes (Planetenradgetriebes) bei den Autofahrern zu. Diese Getriebe verbesserten das Betriebsverhalten und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Fahrzeugs. Die erhöhte Anzahl von Gängen verringert die Stufengröße zwischen den Gängen und verbessert daher die Schaltqualität des Getriebes, indem es die Gangwechsel für den Bediener unter normaler Fahrzeugbeschleunigung im Wesentlichen nicht wahrnehmbar macht.

Es ist vorgeschlagen worden, die Anzahl von Vorwärtsgängen auf sechs oder mehr zu erhöhen. Sechsganggetriebe sind in U.S. Patent Nr. 4,070,927, das für Polak am 31. Januar 1978 erteilt wurde, und U.S. Patent Nr. 6,422,969, das für Raghavan und Usoro am 23. Juli 2002 erteilt wurde, offenbart.

Sechsganggetriebe bieten mehrere Vorteile gegenüber Vier- und Fünfganggetrieben, die eine verbesserte Fahrzeugbeschleunigung und eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit umfassen. Während viele Lkw Lastschaltgetriebe mit sechs oder mehr Vorwärtsgängen anwenden, werden Pkw noch mit Drei- und Viergang-Automatikgetrieben und relativ wenigen Fünf- oder Sechsgangvorrichtungen aufgrund der Größe und Komplexität dieser Getriebe hergestellt.

Es ist ein Mehrganggetriebe mit einem einzigen, gemeinsamen Träger vorgesehen, der für jeden der mehreren Planetenradsätze fungiert. Der einzige Träger erlaubt eine Verringerung der Komponenten und potenziell niedrigere Getriebekosten.

Dementsprechend umfasst ein Mehrganggetriebe eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle. Ein erster, zweiter und dritter Planetenradsatz weisen einen gemeinsamen Träger, mindestens zwei Hohlräder und jeweils ein Sonnenrad auf. Mehrere Sätze Planetenräder sind drehbar an dem gemeinsamen Träger zur Kämmung mit den Hohlrädern und den Sonnenrädern montiert. Die Antriebswelle ist nicht ständig mit irgendeinem Element der Planetenradsätze verbunden, und die Abtriebswelle ist ständig mit einem Element der Planetenradsätze verbunden. Sechs Drehmomentübertragungsmechanismen dienen dazu, Verbindungselemente der Planetenradsätze selektiv mit der Antriebswelle, mit einem feststehenden Element oder mit anderen Elementen der Planetenradsätze zu verbinden. Die sechs Drehmomentübertragungsmechanismen werden in Kombinationen von zweien eingerückt, um zumindest sechs Vorwärtsgänge und zwei Rückwärtsgänge zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle herzustellen.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung verbindet ein Verbindungselement das Sonnenrad von einem der Planetenradsätze ständig mit dem Sonnenrad von einem anderen der Planetenradsätze.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung kämmt eines der Hohlräder mit Planetenrädern von sowohl dem ersten als auch dem zweiten Planetenradsatz.

Gemäß nochmals einem anderen Aspekt der Erfindung zeichnet sich jedes Planetenrad durch eine vorbestimmte Anzahl von Zähnen aus und rotiert auf einer jeweiligen Spindel, die an dem gemeinsamen Träger an einem jeweiligen Lager montiert ist. Die Spindeln haben jeweils die gleiche Größe, und die Lager haben jeweils die gleiche Größe.

Der erste und zweite Planetenradsatz können jeweils getrennte Hohlräder aufweisen oder teilen sich ein gemeinsames Hohlrad. Wenn separate Hohlräder für den ersten und zweiten Planetenradsatz verwendet werden, verbindet ein Verbindungselement das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes.

Gemäß nochmals einem anderen Aspekt der Erfindung dient ein erster der sechs Drehmomentübertragungsmechanismen dazu, das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes und das Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes selektiv mit der Antriebswelle zu verbinden.

Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung dient ein zweiter der sechs Drehmomentübertragungsmechanismen dazu, den gemeinsamen Träger selektiv mit der Antriebswelle zu verbinden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung dient ein dritter der sechs Drehmomentübertragungsmechanismen dazu, die Antriebswelle selektiv mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes zu verbinden. Der dritte Drehmomentübertragungsmechanismen ist vorzugsweise radial innen von dem ersten und zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus angeordnet, da sich der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus durch höhere Drehzahlen als die des ersten und zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus auszeichnet. Die Position radial innen des dritten Drehmomentübertragungsmechanismus minimiert deshalb Trägheitsverluste (spin losses).

Gemäß noch einem anderen Aspekt dient ein vierter der sechs Drehmomentübertragungsmechanismen dazu, das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes selektiv mit dem feststehenden Element zu verbinden.

Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung dient ein fünfter der sechs Drehmomentübertragungsmechanismus dazu, ein Hohlrad des ersten und zweiten Planetenradsatzes selektiv mit dem feststehenden Element zu verbinden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung dient ein sechster der sechs Drehmomentübertragungsmechanismen dazu, den gemeinsamen Träger selektiv mit dem feststehenden Element zu verbinden.

Ein Verfahren zum Zusammenbauen eines Getriebes mit mehreren Planetenradsätzen umfasst, dass ein einzelner Träger bereitgestellt wird, der derart gestaltet ist, dass er Planetenräder für jeden der Planetenradsätze drehbar lagert. Das Verfahren umfasst auch, dass der einzige Träger radial in dem Getriebe auf zwei axial beabstandeten Buchsen angeordnet wird. Somit ermöglicht die Verwendung des einzigen Trägers während des Zusammenbaus eine relativ einfache und genaue Positionierung.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen ist:
1 eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs, der eine Ausführungsform eines Planetengetriebes der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei ein alternatives einziges Hohlrad gestrichelt dargestellt ist;
2 eine Wahrheitstabelle, die einige der Betriebseigenschaften des in 1 gezeigten Antriebsstrangs darstellt; und
3 ein Schaubild, das andere Betriebseigenschaften des in 1 gezeigten Antriebsstrangs darstellt.
In den Zeichnungen, in denen in all den verschiedenen Ansichten gleiche Bezugszeichen die gleichen oder entsprechenden Teile darstellen, ist in 1 ein Antriebsstrang 10 gezeigt, der einen herkömmlichen Motor und Drehmomentwandler 12, ein Planetengetriebe 14 und einen herkömmlichen Achsantriebsmechanismus 16 aufweist.
Das Planetengetriebe 14 umfasst eine Antriebswelle 17, die ständig mit dem Motor und Drehmomentwandler 12 verbunden ist, eine Planetenradanordnung 18 und eine Abtriebswelle 19, die ständig mit dem Achsantriebsmechanismus 16 verbunden ist. Die Planetenradanordnung umfasst drei Planetenradsätze 20, 30 und 40.
Der Planetenradsatz 20 umfasst ein Sonnenrad 22, ein Hohlrad 24 und eine Planetenträgeranordnung 26. Die Planetenträgeranordnung 26 umfasst mehrere Planetenräder 27 (einen ersten Satz Planetenräder), die an einem Träger 29 drehbar montiert und in kämmender Beziehung mit dem Sonnenrad 22 angeordnet sind. Mehrere Planetenräder 28 (ein zweiter Satz Planetenräder) sind ebenfalls an dem Träger 29 drehbar montiert. Die Planetenräder 28 sind in kämmender Beziehung mit den Planetenrädern 27 und dem Hohlrad 24 angeordnet.
Der Planetenradsatz 30 umfasst ein Sonnenrad 32, ein Hohlrad 34 und die gleiche Planetenträgeranordnung 26. Die Planetenträgeranordnung 26 umfasst mehrere Planetenräder 37, die an dem gleichen Träger 29 drehbar montiert und in kämmender Beziehung mit sowohl dem Sonnenrad 32 als auch dem Hohlrad 34 angeordnet sind. Die Planetenräder 37 werden hierin auch als dritter Satz Planetenräder bezeichnet.
In einer alternativen Ausführungsform ist statt der separaten Hohlräder 24 und 34 ein einziges Hohlrad 24' in beiden Planetenradsätzen 20 und 30 enthalten. Das einzige Hohlrad 24' steht in kämmender Beziehung mit sowohl den Planetenrädern 28 als auch den Planetenrädern 37.
Der Planetenradsatz 40 umfasst ein Sonnenrad 42, ein Hohlrad 44 und die gleiche Planetenträgeranordnung 26. Die Planetenträgeranordnung 26 umfasst mehrere Planetenräder 47 (einen vierten Satz Planetenräder), der an dem gleichen Träger 29 drehbar montiert und in kämmender Beziehung mit dem Sonnenrad 42 angeordnet ist. Mehrere Planetenräder 48 (ein fünfter Satz Planetenräder) ist ebenfalls an dem Träger 29 drehbar montiert und in kämmender Beziehung mit sowohl dem Hohlrad 44 als auch den Planetenrädern 47 angeordnet.
Jedes Planetenrad 27, 28, 37, 47 und 48 rotiert auf einer Spindel, die an dem gemeinsamen Träger 29 an einem jeweiligen Lager montiert ist. Beispielsweise rotiert Planetenrad 27 auf einer Spindel 25A, die an Träger 29 an Lager 21A montiert ist. Planetenrad 28 rotiert auf einer Spindel 25B, die an Träger 29 an Lager 21B montiert ist. Planetenrad 37 rotiert auf einer Spindel 25C, die an Träger 29 an Lager 21C montiert ist. Planetenrad 47 rotiert auf einer Spindel 25D, die an Träger 29 an Lager 21D montiert ist. Planetenrad 48 rotiert auf einer Spindel 25E, die an einem gemeinsamen Träger 29 an Lager 21E montiert ist.
Die Verwendung des gemeinsamen Trägers 29 verringert die Anzahl von erforderlichen Gehäusewänden, wodurch axialer Raum eingespart und die Anzahl von erforderlichen Druckscheiben vermindert wird. Beispielsweise können Druckscheiben (nicht gezeigt) benachbart zu den Endgehäusewänden 23A und 23D angeordnet sein, um axialen Druck aufzunehmen. Es sind jedoch keine Druckscheiben zwischen den Zahnradsätzen 20 und 30 oder zwischen den Zahnradsätzen 30 und 40 erforderlich, da gemeinsam genutzten Gehäusewände 23B bzw. 23C angewandt werden.
Die Antriebswelle 17 ist nicht ständig mit irgendeinem Element der Planetenradsätze 20, 30 und 40 verbunden. Die Abtriebswelle 19 ist ständig mit dem Hohlrad 44 über eine Trommel 97 verbunden. Ein Parksperrenzahnrad 80 ist ebenfalls an der Trommel 97 angeordnet, so dass es ständig mit dem Hohlrad 44 und dem Abtriebselement 19 verbunden ist. Das Sonnenrad 32 ist ständig mit dem Sonnenrad 42 über ein Verbindungselement 70 verbunden. Das Hohlrad 24 ist ständig mit dem Hohlrad 34 über eine Trommel 96 verbunden. Fachleute werden leicht verstehen, dass eine Konsolidierung von Teilen durch Benutzung einer alternativen Ausführungsform mit einem einzigen Hohlrad 24' anstelle der separaten Hohlräder 24 und 34 realisiert wird.
Die Antriebswelle 17 kann selektiv mit dem Sonnenrad 32 über einen Drehmomentübertragungsmechanismus 50 verbunden werden, der hierin als C1-Kupplung bezeichnet wird. Das selektive Einrücken der C1-Kupplung verbindet eine Trommel 92, die ständig mit dem Antriebselement 17 verbunden ist, mit einer inneren Welle 95, die ständig mit dem Sonnenrad 32 verbunden ist. Die Antriebswelle 17 kann auch selektiv mit dem gemeinsamen Träger 29 über einen Drehmomentübertragungsmechanismus 52 verbunden werden, der hierin auch als C2-Kupplung bezeichnet sein kann. Die C2-Kupplung 52 verbindet die Trommel 92 selektiv mit einer Zwischenwelle 94, die ständig mit dem Träger 29 verbunden ist. Zusätzlich ist die Antriebswelle 17 auch selektiv mit dem Sonnenrad 22 über einen Drehmomentübertragungsmechanismus 54 verbindbar, der hierin auch als C3-Kupplung 54 bezeichnet sein kann. Die C3-Kupplung 54 verbindet die Trommel 92 selektiv mit einer äußeren Welle 93, die ständig mit dem Sonnenrad 22 verbunden ist. Der Drehmomentübertragungsmechanismus 56 kann hierin auch als C4-Kupplung 56 bezeichnet sein und verbindet das Sonnenrad 22 selektiv mit dem Getriebegehäuse 60, das hierin auch als feststehendes Element bezeichnet sein kann. Eine Verlängerung oder Wand 62 des Getriebegehäuses 60 erstreckt sich zwischen der Trommel 92 und der C4-Kupplung 56. Die Wand 62 stellt eine Abstützung und Ölversorgung für die Kupplungen 50, 52 und 54 bereit. Ein Drehmomentübertragungsmechanismus 58, der hierin auch als C5-Kupplung bezeichnet sein kann, verbindet die Trommel 96 selektiv mit dem Getriebegehäuse 60, wodurch die Hohlräder 24 und 34 an dem Getriebegehäuse 60 fahrzeugfest gemacht werden. Wenn das alternative einzige Hohlrad 24' verwendet wird, verbindet die C5-Kupplung 58 das Hohlrad 24' selektiv mit dem Getriebegehäuse 60. Ein Drehmomentübertragungsmechanismus 59 verbindet den gemeinsamen Träger 29 selektiv mit dem Getriebegehäuse 60. Der Drehmomentübertragungsmechanismus 59 kann hierin auch als C6-Kupplung bezeichnet sein.
Der Gang Rückwärts 1 wird durch die Einrückung der C3-Kupplung 54 und der C5-Kupplung 58 hergestellt. Die C3-Kupplung 54 verbindet das Antriebselement 17 mit dem Sonnenrad 22, und die C5-Kupplung 58 verbindet das Hohlrad 24 und das Hohlrad 34 mit dem Getriebegehäuse 60. Das Sonnenrad 22 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie die Antriebswelle 17. Das Hohlrad 24 und das Hohlrad 34 rotieren nicht. Wenn die alternative Ausführungsform, die das einzige Hohlrad 24' aufweist, benutzt wird, rotiert das Hohlrad 24' nicht. Der gemeinsame Träger 29 rotiert mit einer Drehzahl, die von der Drehzahl des Sonnenrads 22 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 20 bestimmt wird. Das Sonnenrad 32 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie das Sonnenrad 42. Das Sonnenrad 32 rotiert mit einer Drehzahl, die von der Drehzahl des gemeinsamen Trägers 29 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 30 bestimmt wird. Das Hohlrad 44 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie die Abtriebswelle 19. Das Hohlrad 44, und somit die Abtriebswelle 19, rotiert mit einer Drehzahl, die von der Drehzahl des gemeinsamen Trägers 29, der Drehzahl des Sonnenrads 42 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 40 bestimmt wird. Der Zahlenwert des Ganges Rückwärts 1 wird unter Ver wendung der Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse der Planetenradsätze 20, 30 und 40 bestimmt.
Der Gang Rückwärts Niedrig wird durch die Einrückung der C3-Kupplung 54 und der C6-Kupplung 59 hergestellt. Die C3-Kupplung 54 verbindet die Antriebswelle 17 mit dem Sonnenrad 22, und die C6-Kupplung 59 verbindet den gemeinsamen Träger 29 mit dem Getriebegehäuse 60. Das Sonnenrad 22 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie die Antriebswelle 17. Der gemeinsame Träger 29 rotiert nicht. Das Hohlrad 24 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie das Hohlrad 34. Das Hohlrad 24 rotiert mit einer Drehzahl, die von der Drehzahl des Sonnenrads 22 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 20 bestimmt wird. Das Sonnenrad 32 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie das Sonnenrad 42. Das Sonnenrad 32 rotiert mit einer Drehzahl, die von der Drehzahl des Hohlrads 34 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 30 bestimmt wird. Wenn das alternative einzige Hohlrad 24' anstelle der Hohlräder 24 und 34 verwendet wird, dann wird die Drehzahl des einzigen Hohlrads 24' unter Verwendung der Drehzahl des Sonnenrads 22 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 20 bestimmt. Zusätzlich würde dann das Sonnenrad 32 mit einer Drehzahl rotieren, die von der Drehzahl des einzigen Hohlrads 24' und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 30 bestimmt wird. Das Hohlrad 44 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie die Abtriebswelle 19. Das Hohlrad 44 rotiert mit einer Drehzahl, die von der Drehzahl des Sonnenrads 42 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 40 bestimmt wird. Der Zahlenwert des Ganges Rückwärts Niedrig wird unter Verwendung der Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse der Planetenradsätze 20, 30 und 40 bestimmt.
Der erste Vorwärtsgang wird durch die Einrückung der C1-Kupplung 50 und der C6-Kupplung 59 hergestellt. Die C1-Kupplung 50 verbindet die Antriebswelle 17 mit dem Sonnenrad 32, und die C6-Kupplung 59 verbindet den gemeinsamen Träger 29 mit dem Getriebegehäuse 60. Das Sonnenrad 32 und das Sonnenrad 42 rotieren mit der gleichen Drehzahl wie die Antriebswelle 17. Der gemeinsame Träger 29 rotiert nicht. Das Hohlrad 44 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie die Abtriebswelle 19. Das Hohlrad 44, und somit die Abtriebswelle 19, rotiert mit einer Drehzahl, die von der Drehzahl des Sonnenrads 42 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 40 bestimmt wird. Der Zahlenwert des ersten Vorwärtsgangs wird unter Verwendung des Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisses des Planetenradsatzes 40 bestimmt.
Der zweite Vorwärtsgang wird durch die Einrückung der C1-Kupplung 50 und der C5-Kupplung 58 hergestellt. Die C1-Kupplung 50 verbindet die Antriebswelle 17 mit dem Sonnenrad 32, und die C5-Kupplung 58 verbindet das Hohlrad 24 (oder das einzige Hohlrad 24' in dem Fall, dass die alternative Ausführungsform verwendet wird) mit dem Getriebegehäuse 60. Das Sonnenrad 32 und das Sonnenrad 42 rotieren mit der gleichen Drehzahl wie die Antriebswelle 17. Das Hohlrad 24 und das Hohlrad 34 (oder in dem Fall der alternativen Ausführungsform das einzige Hohlrad 24') rotieren nicht. Der gemeinsame Träger 29 rotiert mit einer Drehzahl, die von der Drehzahl des Sonnenrads 32 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 30 bestimmt wird. Das Hohlrad 44 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie die Abtriebswelle 19. Das Hohlrad 44, und somit die Abtriebswelle 19, rotiert mit einer Drehzahl, die von der Drehzahl des gemeinsamen Trägers 29, der Drehzahl des Sonnenrads 42 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 40 bestimmt wird. Der Zahlenwert des zweiten Vorwärtsgangs wird unter Verwendung der Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse der Planetenradsätze 30 und 40 bestimmt.
Der dritte Vorwärtsgang wird durch die Einrückung der C1-Kupplung 50 und der C4-Kupplung 56 hergestellt. Die C1-Kupplung 50 verbindet die Antriebswelle 17 mit dem Sonnenrad 32, und die C4-Kupplung 56 verbindet das Sonnenrad 22 mit dem Getriebegehäuse 60. Das Sonnenrad 32 und das Sonnenrad 42 rotieren mit der gleichen Drehzahl wie die Antriebswelle 17. Das Sonnenrad 22 rotiert nicht. Das Hohlrad 24 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie das Hohlrad 34. Das Hohlrad 24 (oder das einzige Hohlrad 24' in dem Fall, dass die alternative Ausführungsform benutzt wird) rotiert mit einer Drehzahl, die von der Drehzahl des gemeinsamen Trägers 29 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 20 bestimmt wird. Das Hohlrad 34 (oder in dem Fall, dass die alternative Ausführungsform benutzt wird, das einzige Hohlrad 24') rotiert mit einer Drehzahl, die von der Drehzahl des gemeinsamen Trägers 29, der Drehzahl des Sonnenrads 32 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 30 bestimmt wird. Das Hohlrad 44 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie die Abtriebswelle 19. Das Hohlrad 44, und somit die Abtriebswelle 19, rotiert mit einer Drehzahl, die von der Drehzahl des gemeinsamen Trägers 29, der Drehzahl des Sonnenrads 42 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 40 bestimmt wird. Der Zahlenwert des dritten Vorwärtsgangs wird unter Verwendung der Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse der Planetenradsätze 20, 30 und 40 bestimmt.
Der vierte Vorwärtsgang wird durch die Einrückung der C1-Kupplung 50 und der C2-Kupplung 52 hergestellt. Die C1-Kupplung 50 verbindet das Sonnenrad 32 mit der Antriebswelle 17, und die C2-Kupplung 52 verbindet den gemeinsamen Träger 29 mit der Antriebswelle 17. In dieser An ordnung rotieren alle Elemente der Zahnradsätze 20, 30 und 40 mit der gleichen Drehzahl wie die Antriebswelle 17. Somit rotiert die Abtriebswelle 19 mit der gleichen Drehzahl wie die Antriebswelle 17 in einer direkten Antriebsbeziehung.
Der fünfte Vorwärtsgang wird durch die Einrückung der C2-Kupplung 52 und der C4-Kupplung 56 hergestellt. Die C2-Kupplung 52 verbindet die Antriebswelle 17 mit dem gemeinsamen Träger 29, und die C4-Kupplung 56 verbindet das Sonnenrad 22 mit dem Getriebegehäuse 60. Der gemeinsame Träger 29 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie die Antriebswelle 17. Das Hohlrad 24 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie das Hohlrad 34. Das Sonnenrad 22 rotiert nicht. Das Hohlrad 24 (oder das einzige Hohlrad 24' in dem Fall, dass die alternative Ausführungsform benutzt wird) rotiert mit einer Drehzahl, die von der Drehzahl des gemeinsamen Trägres 29 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 20 bestimmt wird. Das Sonnenrad 32 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie das Sonnenrad 42. Das Sonnenrad 32 rotiert mit einer Drehzahl, die von der Drehzahl des Hohlrads 34, der Drehzahl des gemeinsamen Trägers 29 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 30 bestimmt wird. Das Hohlrad 44 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie die Abtriebswelle 19. Das Hohlrad 44, und somit die Abtriebswelle 19, rotiert mit einer Drehzahl, die von der Drehzahl des gemeinsamen Trägers 29, der Drehzahl des Sonnenrads 42 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 40 bestimmt wird. Der Zahlenwert des fünften Vorwärtsgangs wird unter Verwendung der Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse der Planetenradsätze 20, 30 und 40 bestimmt.
Der sechste Vorwärtsgang wird durch die Einrückung der C2-Kupplung 52 und der C5-Kupplung 58 hergestellt. Die C2-Kupplung 52 verbindet die Antriebswelle 17 mit dem gemeinsamen Träger 29, und die C5- Kupplung 58 verbindet das Hohlrad 24 mit dem Getriebegehäuse 60. Der gemeinsame Träger 29 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie die Antriebswelle 17. Das Sonnenrad 32 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie das Sonnenrad 42. Die Hohlräder 24 und 34 (oder das alternative einzige Hohlrad 24') rotieren nicht. Das Sonnenrad 32 rotiert mit einer Drehzahl, die von der Drehzahl des gemeinsamen Trägers 29 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 30 bestimmt wird. Das Hohlrad 44 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie die Abtriebswelle 19. Das Hohlrad, und somit die Abtriebswelle 19, rotiert mit einer Drehzahl, die von der Drehzahl des gemeinsamen Trägers 29, der Drehzahl des Sonnenrads 42 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 40 bestimmt wird. Der Zahlenwert des sechsten Vorwärtsgangs wird unter Verwendung der Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse der Planetenradsätze 30 und 40 bestimmt.
Wie es oben dargelegt wurde, sind die Eingriffspläne für die Drehmomentübertragungsmechanismen in der Wahrheitstabelle von 2 gezeigt. Diese Wahrheitstabelle liefert auch ein Beispiel von Drehzahlverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind, wie folgt: N_R1/N_S1 = 3,86 und N_R2/N_S2 = 3,00 und N_R3/N_S3 = 3,86. N_R1/N_S1 ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 20; N_R2/N_S2 ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 30; und N_R3/N_S3 ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 40. Es ist anzumerken, dass Gangwechsel mit einer einzigen oder einer doppelten Stufe von der Art mit einem einzigen Übergang sind.
Das Schaubild von 3 beschreibt die Drehzahlverhältnisse und Übersetzungsverhältnisstufen, die durch das Getriebe von 1 unter Verwendung der oben angegebenen Zähneverhältnisse erhalten werden können. Beispielsweise beträgt das Übersetzungsstufenverhältnis zwischen dem ersten und zweiten Vorwärtsgang 1,714, wohingegen das Übersetzungsstufenverhältnis zwischen dem Gang Rückwärts Niedrig und dem ersten Vorwärtsgang -1,29 beträgt. Ein relativ breites Übersetzungsverhältnis von 6,85 wird zwischen dem ersten und sechsten Vorwärtsgang erhalten.
Die Wellenanforderungen für das Getriebe 14 sind minimiert indem: (i) die Sonnenräder 32 und 42 mit der Trommel 92 und somit der Antriebswelle 17 über die innere Welle 95 verbunden sind, indem (ii) der gemeinsame Träger 29 selektiv mit der Trommel 92, und somit der Antriebswelle 17, über eine Zwischenwelle 94 verbunden ist, wenn die C2-Kupplung 52 eingerückt ist, (iii) das Sonnenrad 22 selektiv mit der Antriebswelle 17 über die äußere Welle 93 verbunden ist, wenn die C3-Kupplung 54 eingerückt ist, und (iv) die Wellen 93, 94, 95 derart geschaffen sind, dass sie koaxial angeordnet sind. Dies erlaubt eine kompakte Anordnung. Die C3-Kupplung 54 ist radial innen von der C1-Kupplung 50 und der C2-Kupplung 52 angeordnet. Da die C3-Kupplung 54 mit höheren Drehzahlen als die C1-Kupplung 50 und die C2-Kupplung 52 rotiert, werden Trägheitsverluste minimiert, indem die radiale Verschiebung der C3-Kupplung 54 von der Rotationsmittelachse (z.B. eine Achse, die durch die Antriebswelle 17 und die Abtriebswelle 19 definiert ist) minimiert ist.
In der bevorzugten Ausführungsform weisen alle Planetenräder die gleiche Anzahl von Zähnen auf. Beispielsweise können die Planetenräder 27, 28, 37, 47 und 48 in dem Getriebe 14 von 1 alle 27 Zähne aufweisen, wohingegen das Sonnenrad 22 21 Zähne aufweist, das Sonnenrad 32 27 Zähne aufweist, das Sonnenrad 42 21 Zähne aufweist, das Hohlrad 24 und das Hohlrad 34 (oder das alternative einzige Hohlrad 24') 81 Zähne aufweisen, und das Hohlrad 44 81 Zähne aufweist. Indem Planetenräder mit einer gleichen Anzahl von Zähnen bereitgestellt werden (d.h. eine vorbestimmte Größe aufweisen), können die Lager 21A–21E eine gleiche Lagergröße aufweisen, und die Spindeln 25A–25E können ebenso eine gleiche Größe aufweisen.
Indem ein einziger, gemeinsamer Träger 29 benutzt wird, kann die Zusammenbauzeit verringert werden, da in dem Getriebe 14 nur ein Träger statt drei getrennte Elemente angeordnet werden muss. Der gemeinsame Träger 29 kann radial mit Präzision auf Buchsen 64A und 64B angeordnet werden. Die Buchsen 64A und 64B stützen innere radiale Abschnitte der gemeinsamen Trägeranordnung 26 an einer speziell konstruierten radialen und axialen Position ab. Dementsprechend umfasst ein Verfahren zum Zusammenbauen eines Getriebes, das mehrere Planetenradsätze aufweist, dass ein einziger Träger 29, der derart gestaltet ist, dass er Planetenräder 27, 28, 37, 47 und 48 für jeden der Planetenradsätze 20, 30 und 40 drehbar lagert, bereitgestellt wird. Das Verfahren umfasst darüber hinaus, dass der einzige Träger in dem Getriebe 14 auf zwei axial beabstandeten Buchsen 64A, 64B radial positioniert wird.
Es ist anzumerken, dass die Übersetzungsverhältnisabdeckung zwischen dem ersten und sechsten Vorwärtsgang 6,85 zu 1 beträgt, was eine relativ hohe nutzbare Übersetzungsverhältnisabdeckung bietet. Das Verhältnis der Vorwärts- und Rückwärtsübersetzungsverhältnisse kann eingestellt werden, um nahezu gleiche Vorwärts- und Rückwärtsgänge bereitzustellen. Andere Übersetzungsverhältnisabdeckungen können mit unterschiedlichen Zahlen von Zahnradzähnen erzielt werden. Beispielsweise kann die niedrige Gangabdeckung reduziert werden, während das Ausmaß an Overdrive erhöht wird. Ein erstes Vorwärtsdrehzahlverhältnis eines niedrigen Ganges von 3,222 zu einem sechsten Vorwärtsdrehzahlverhältnis von 0,5 liefert eine gesamte nutzbare Übersetzungsverhältnisabdeckung von 6,44 zu 1. Die abschließende Auswahl der Übersetzungsverhältnisabdeckung beruht auf Kosten-, Zusammenbau- und Anwendungsrichtlinien.
Das Getriebe 14 von 1 bietet Planetendrehzahlen, Trägerdrehzahlen und Kupplungsschlupfdrehzahlen, die mit sehr hohen Motorantriebsdrehzahlen, typischerweise von Motoren mit kleinerem Hubraum und variablen Nocken, vergleichbar sind. Mit den oben besprochenen ausgewählten Zähneverhältnissen wird die C3-Kupplung 54 sich durch Drehzahlen auszeichnen, die höher sind als die der C1-Kupplung 50 und der C2-Kupplung 52. Drehzahl- und Drehmomentberechnungen, die von Fachleuten leicht verstanden werden (und die auf der Grundlage von Zahnradzähnezahlen berechnet werden), decken auf, dass das Getriebe 14 eine sehr gute Drehmomentaufteilung bietet, wenn die Übersetzungsverhältnisstufen fortschreiten, was die Haltbarkeit des Getriebes 14 verbessert. Zusätzlich werden Fachleute leicht verstehen, dass das Getriebe 14 keine internen Leistungsschleifen aufweist, was einen sehr hohen mechanischen Wirkungsgrad ermöglicht.
Zusamengefasst ist ein Sechsganggetriebe vorgesehen, das drei Planetenradsätze, die einen gemeinsamen Träger aufweisen, und sechs Drehmomentübertragungsmechanismen umfasst, die in Kombination von zweien betrieben werden, um mindestens sechs Vorwärtsgänge und zwei Rückwärtsgänge bereitzustellen. Es ist auch ein Verfahren zum Zusammenbauen eines Getriebes vorgesehen. Es kann eine Verringerung der Komponenten und eine Komponentenstandardisierung erreicht werden.

Claims

Mehrganggetriebe, umfassend: eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, einen ersten, zweiten und dritten Planetenradsatz, die einen gemeinsamen Träger, mindestens zwei Hohlräder und jeweils ein Sonnenrad aufweisen, mehrere Sätze Planetenräder, die an dem gemeinsamen Träger drehbar montiert sind und mit den Hohlrädern und den Sonnenrädern kämmen, wobei die Antriebswelle nicht ständig mit irgendeinem Element der Planetenradsätze verbunden ist, und die Abtriebswelle ständig mit einem Element der Planetenradsätze verbunden ist, und sechs Drehmomentübertragungsmechanismen, die dazu dienen, die Elemente der Planetenradsätze selektiv mit der Antriebswelle, mit einem feststehenden Element oder mit anderen Elementen der Planetenradsätze zu verbinden, wobei die sechs Drehmomentübertragungsmechanismen in Kombinationen von zweien eingerückt werden, um mindestens sechs Vorwärtsgänge und zwei Rückwärtsgänge zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle herzustellen.
Mehrganggetriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Verbindungselement, das das Sonnenrad von einem der Plane tenradsätze ständig mit dem Sonnenrad von einem anderen der Planetenradsätze verbindet.
Mehrganggetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Hohlräder mit sowohl dem ersten als auch dem zweiten Satz der mehreren Sätze Planetenräder kämmt, wobei der erste Satz Elemente des ersten Planetenradsatzes umfasst und der zweite Satz Elemente des zweiten Planetenradsatzes umfasst.
Mehrganggetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Planetenrad der mehreren Sätze Planetenräder sich durch eine vorbestimmte Anzahl von Zähnen auszeichnet und auf einer jeweiligen Spindel rotiert, die an dem gemeinsamen Träger an einem jeweiligen Lager montiert ist, wobei eine jede der jeweiligen Spindeln sich durch eine vorbestimmte Spindelgröße auszeichnet, und ein jedes der jeweiligen Lager sich durch eine vorbestimmte Lagergröße auszeichnet.
Mehrganggetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster der sechs Drehmomentübertragungsmechanismen dazu dient, das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes und das Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes selektiv mit der Antriebswelle zu verbinden.
Mehrganggetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter der sechs Drehmomentübertragungsmechanismen dazu dient, den gemeinsamen Träger selektiv mit der Antriebswelle zu verbinden.
Mehrganggetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter der sechs Drehmomentübertragungsmechanismen dazu dient, die Antriebswelle selektiv mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes zu verbinden.
Mehrganggetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein vierter der sechs Drehmomentübertragungsmechanismen dazu dient, das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes selektiv mit dem feststehenden Element zu verbinden.
Mehrganggetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes der mindestens zwei Hohlräder ein Element des ersten und zweiten Planetenradsatzes ist, und ein fünfter der Drehmomentübertragungsmechanismen dazu dient, das erste der mindestens zwei Hohlräder selektiv mit dem feststehenden Element zu verbinden.
Mehrganggetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites der mindestens zwei Hohlräder ein Element des dritten Planetenradsatzes ist, und ein sechster der sechs Drehmomentübertragungsmechanismen dazu dient, den gemeinsamen Träger selektiv mit dem feststehenden Element zu verbinden.
Mehrganggetriebe, umfassend: eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, einen ersten, zweiten und dritten Planetenradsatz, die einen gemeinsamen Träger und jeweils ein Sonnenrad aufweisen, wobei der erste und zweite Planetenradsatz mindestens ein Hohlrad aufweisen, und der dritte Planetenradsatz ein weiteres Hohlrad aufweist, wobei das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes ständig mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes verbunden ist, wobei die Antriebswelle nicht ständig mit irgendeinem Element der Planetenradsätze verbunden ist und die Abtriebswelle ständig mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes verbunden ist, einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus, der dazu dient, das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes selektiv mit der Antriebswelle zu verbinden, einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus, der dazu dient, den gemeinsamen Träger selektiv mit der Antriebswelle zu verbinden, einen dritten Drehmomentübertragungsmechanismus, der dazu dient, das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes selektiv mit der Antriebswelle zu verbinden, einen vierten Drehmomentübertragungsmechanismus, der dazu dient, das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes selektiv mit dem feststehenden Element zu verbinden, einen fünften Drehmomentübertragungsmechanismus, der dazu dient, das mindestens eine Hohlrad des ersten und zweiten Planetenradsatzes selektiv mit dem feststehenden Element zu verbinden, einen sechsten Drehmomentübertragungsmechanismus, um den gemeinsamen Träger selektiv mit dem feststehenden Element zu verbinden, wobei die sechs Drehmomentübertragungsmechanismen in Kombinationen von zweien betreibbar sind, um sechs Vorwärtsgänge und zwei Rückwärtsgänge bereitzustellen.
Mehrganggetriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Hohlrad des ersten und zweiten Planetenradsatzes ein einziges Hohlrad ist, das sowohl mit Planetenrädern des ersten Planetenradsatzes als auch mit Planetenrädern des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist.
Mehrganggetriebe nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Hohlrad ein erstes Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und ein zweites Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes umfasst, wobei das Getriebe darüber hinaus umfasst: ein Verbindungselement, das das erste Hohlrad des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem zweiten Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbindet.
Mehrganggetriebe nach einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch fünf Sätze Planetenräder, die an dem gemeinsamem Träger drehbar montiert sind, wobei ein erster und ein zweiter Satz der fünf Sätze Planetenräder mit dem mindestens einen Hohlrad des ersten und zweiten Planetenradsatzes bzw. mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes und miteinander kämmen, wobei ein dritter der fünf Sätze Planetenräder sowohl mit dem mindestens einen Hohlrad des ersten und zweiten Planetenradsatzes als auch mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes kämmt, und wobei ein vierter und ein fünfter der fünf Sätze Planetenräder jeweils mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes bzw. mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes und miteinander kämmen.
Mehrganggetriebe nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch ein Parksperrenzahnrad, das mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes und mit dem Abtriebselement ständig verbunden ist.
Mehrganggetriebe nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus radial innen von dem ersten und zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus angeordnet ist, wobei der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus sich durch höhere Drehzahlen als die des ersten und zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus auszeichnet, wobei die Anordnung des dritten Drehmomentübertragungsmechanismus radial innen Trägheitsverluste minimiert.
Verfahren zum Zusammenbauen eines Getriebes, das mehrere Planetenradsätze aufweist, das umfasst, dass: ein einziger Träger bereitgestellt wird, der derart ausgestaltet ist, dass er Planetenräder für jeden der Planetenradsätze drehbar lagert, und der einzige Träger radial in dem Getriebe auf zwei axial beabstandeten Buchsen angeordnet wird.