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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung verbindet ein Verbindungselement das Sonnenrad
von einem der Planetenradsätze
ständig
mit dem Sonnenrad von einem anderen der Planetenradsätze.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung kämmt
eines der Hohlräder
mit Planetenrädern
von sowohl dem ersten als auch dem zweiten Planetenradsatz.
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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.
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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.
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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.
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Gemäß noch einem
weiteren Aspekt der Erfindung dient ein zweiter der sechs Drehmomentübertragungsmechanismen
dazu, den gemeinsamen Träger
selektiv mit der Antriebswelle zu verbinden.
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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).
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Gemäß noch einem
anderen Aspekt dient ein vierter der sechs Drehmomentübertragungsmechanismen
dazu, das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes selektiv mit dem
feststehenden Element zu verbinden.
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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.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung dient ein sechster der sechs Drehmomentübertragungsmechanismen
dazu, den gemeinsamen Träger
selektiv mit dem feststehenden Element zu verbinden.
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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.
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen
beschrieben; in diesen ist:
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1 eine
schematische Darstellung eines Antriebsstrangs, der eine Ausführungsform
eines Planetengetriebes der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei
ein alternatives einziges Hohlrad gestrichelt dargestellt ist;
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2 eine
Wahrheitstabelle, die einige der Betriebseigenschaften des in 1 gezeigten
Antriebsstrangs darstellt; und
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3 ein
Schaubild, das andere Betriebseigenschaften des in 1 gezeigten
Antriebsstrangs darstellt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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: NR1/NS1 = 3,86
und NR2/NS2 = 3,00
und NR3/NS3 = 3,86.
NR1/NS1 ist das
Zähneverhältnis des
Planetenradsatzes 20; NR2/NS2 ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 30;
und NR3/NS3 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.