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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft im Allgemeinen einen Drehmomentwandler, genauer
gesagt einen Stator eines Drehmomentwandlers und ganz speziell einen
Stator eines Drehmomentwandlers, der mit einer Baugruppe gekoppelt
ist, die in der Lage ist, ein Drehmoment vom Stator zu übertragen.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Hydraulische
Drehmomentwandler sind Einheiten, die das Verhältnis von Drehmoment zu Drehzahl zwischen
der Antriebs- und der Abtriebswelle des Wandlers verändern können, und
haben die Antriebe von Autos und Schiffen revolutioniert, indem
sie ein hydraulisches Mittel zur Übertragung von Energie von
einem Motor zu einem Antriebsmechanismus bereitstellen, z.B. an
die Antriebswelle oder an ein Automatikgetriebe, und gleichzeitig
die Energieimpulse des Motors ausgleichen. Ein Drehmomentwandler
beinhaltet drei wichtige Komponenten: ein Zwischenrad, das mitunter
auch als Pumpe bezeichnet wird und direkt mit der Kurbelwelle des
Motors verbunden ist; eine ähnlich
wie das Zwischenrad aufgebaute Turbine, die jedoch mit der Antriebswelle
des Getriebes verbunden ist; und einen Stator, der zwischen dem
Zwischenrad und der Turbine angeordnet ist und die Strömung der
die Turbine verlassenden Hydraulikflüssigkeit vor dem Wiedereintritt
in die Pumpe umlenkt und dadurch das Drehmoment der Pumpe erhöht. Dieses
zusätzliche
Drehmoment führt
zu einer Vervielfachung des Drehmoments. Wenn zum Beispiel die Drehzahl
des Zwischenrades hoch und die Drehzahl der Turbine niedrig ist,
kann das Drehmoment im Verhältnis
2:1 oder noch stärker
vervielfacht werden, während
das Drehmoment im Verhältnis
von etwa 1:1 übertragen
werden kann, wenn die Drehzahlen von Zwischenrad und Turbine annähernd gleich
sind.
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Herkömmliche
Drehmomentwandler beinhalten zwei Anschlüsse oder Übertragungspfade, die zum Zuführen oder
zum Entnehmen von Energie von den Drehmomentwandlern zur Verfügung stehen.
Normalerweise wird Energie von einer Kurbelwelle eines Motors über eine
Zahnkranzscheibe (Flexplate) an die an den Drehmomentwandler angeschweißte Pumpe übertragen.
Die Energie wird über
die Turbine vom Drehmomentwandler entnommen und dann durch die Antriebswelle
des Getriebes weitergeleitet, die dadurch das Getriebe antreibt.
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Eine
vom Getriebe kommende separate Welle, die Statorwelle, tritt in
den Drehmomentwandler ein, jedoch wird die Energie nicht über diesen
Pfad übertragen,
da die Welle stillsteht. Oft beinhalten Drehmomentwandler eine Einwegkupplung
zwischen dem Stator und der stationären Welle, die eine Drehung
des Stators als Reaktion auf veränderte
Flüssigkeitskräfte ermöglicht,
die von einer erhöhten
Drehzahl der Turbine herrühren,
d.h., wenn die Drehzahl der Turbine als Reaktion auf die erhöhte Drehzahl
der Pumpe zunimmt. Somit bleibt der Stator stehen, wenn sich die
Pumpe schneller dreht als die Turbine. Wenn sich hingegen die Drehzahl
der Turbine der Drehzahl der Pumpe annähert, beginnt sich der Stator
aufgrund der stärkeren
Flüssigkeitskräfte zu drehen.
Wenn sich die Turbine mit im Wesentlichen derselben Drehzahl wie
die Pumpe dreht, befindet sich der Stator im Freilauf, und das Drehmoment
wird gemäß der obigen
Beschreibung im Verhältnis von
annähernd
1:1 zwischen dem Motor und dem Getriebe übertragen. Allerdings geht
im gesamten Bereich, in welchem die Drehung der Turbine nicht ausreicht,
um den Stator in Drehung zu versetzen, Energie verloren, die zurückgewonnen
werden könnte,
wenn der Drehmomentwandler und das Getriebe ein Mittel zur Übertragung
von Energie vom Stator zum Getriebe enthielten.
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1 zeigt
ein Hebeldiagramm, das die Energieübertragungspfade von einer
Antriebswelle durch ein Getriebe nach dem Stand der Technik darstellt,
während 2 eine
Querschnittsansicht eines Drehmomentwandlers und eines Getriebes
nach dem Stand der Technik darstellt, die gemäß 1 angeordnet
sind. Dem Fachmann ist klar, dass Hebeldiagramme ein übliches
Mittel zur Beschreibung der Wechselwirkungen in Planetengetrieben
darstellen. Jeder Hebel enthält
einen Punkt, an welchem Energie aufgenommen wird, einen Punkt, an
welchem Energie übertragen
wird, und einen Drehpunkt. Bei einigen Ausführungsarten befindet sich der
Drehpunkt zwischen den Stellen, an denen Energie aufgenommen bzw. übertragen
wird, während
sich ein Drehpunkt bei anderen Ausführungsarten an einem Ende eines
Hebels und die Punkte für
das Aufnehmen und Übertragen
von Energie über
die Länge
des Hebels verteilt befinden. Die Bewegungsrichtung des Hebels,
d.h. von links nach rechts und von rechts nach links in 1,
bezeichnet die Drehrichtung des Zahnrads. Jeder Hebel besteht aus
zwei Armen, die dem Abstand zwischen dem Drehpunkt und dem Punkt
der Energieaufnahme bzw. dem Abstand zwischen dem Drehpunkt und
dem Punkt der Energieübertragung entsprechen.
Das Verhältnis
zwischen den beiden Hebelarmen in der Figur stellt das Übersetzungsverhältnis dar.
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Die 1 und 2 stellen
die in der US-Patentschrift Nr. 5 106 352 beschriebenen Lehren dar,
die hier durch Bezugnahme einbezogen sind. In der Technik ist bestens
bekannt, wie sechs Vorwärtsgänge und ein
Rückwärtsgang
durch drei Planetengetriebe (Planetengetriebe), drei Kupplungen
und zwei Bremseinrichtungen wirksam erzielt werden. Das Getriebe 10 beinhaltet
im Allgemeinen Planetengetriebe 12, 14 und 16 und
ferner Kupplungen 18, 20 und 22 sowie
Bremskupplungen 24 und 26. Das Planetengetriebe 12 umfasst ein
Sonnenrad 28, einen Planetenradträger 30 und einen Zahnradring 32,
das Planetengetriebe 14 umfasst ein Sonnenrad 34,
einen Planetenzahnradträger 36 und
einen Zahnradring 38, und das Planetengetriebe 16 umfasst
ein Sonnenrad 40, einen Planetenradträger 42 und einen Zahnradring 44.
Das Getriebe 10 nimmt durch die Antriebswelle 46 Energie
auf und überträgt die Energie über die
Abtriebswelle 48. Um sechs Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang
zu erhalten, werden die Kupplungen 18, 20 und 22 sowie
die Bremskupplungen 24 und 26 gemäß der folgenden
Tabelle in verschiedenen Kombinationen angeordnet. Ein „X" bezeichnet eine
eingekuppelte Kupplung/Bremskupplung, und ein leeres Feld bezeichnet
eine ausgekuppelte Kupplung/Bremskupplung.
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2 stellt
die Kupplung zwischen dem Drehmomentwandlers 50 und dem
Getriebe 10 ausführlich dar.
Eine (nicht gezeigte) rotatorische Antriebseinheit, zum Beispiel
ein Fahrzeugmotor, ist durch Bolzen 54 fest mit einer Antriebsscheibe 52 verbunden.
Die Antriebsscheibe 52 ist durch Niete 58 mit
der Gehäuseschale 56 des
Drehmomentwandlers 50 verbunden und ermöglicht so die Energieübertragung
von der rotatorischen Antriebseinheit zum Drehmomentwandler 50.
Innerhalb des Drehmomentwandlers 50 wird die Energie durch eine
Flüssigkeit übertragen.
Während
sich der Drehmomentwandler 50 dreht, führt die fest mit der Gehäuseschale 56 verbundene
Pumpe der Turbine 62 Flüssigkeit
zu. Nach dem. Verlassen der Turbine 62 gelangt die Flüssigkeit
durch den Statur 64, der den Flüssigkeitsstrom vor dem Wiedereintritt
in die Pumpe 60 umlenkt. Die Turbine 62 ist mit
einer Nabe 66 verbunden, die in Drehrichtung wiederum mit
der Antriebswelle 46 gekoppelt ist. Gemäß der obigen Beschreibung treibt
die Antriebswelle 46 den Zahnradring 32 an. Das
Planetenrad 68 ist durch eine Welle 70 drehbar
an einem Planetenradträger 30 befestigt.
Der Zahnring ist so angeordnet, dass er in das Planetenrad 68 und
somit in den Planetenradträger 30 eingreift.
Gemäß 1 wird
die Energie über
den oben beschriebenen Übertragungspfad
dem Getriebe 10 zugeführt,
und anschließend
werden durch Ein-/Auskuppeln der Kupplungen 18, 20 und 22 sowie
der Bremskupplungen 24 und 26 gemäß Tabelle
1 die gewünschten Übersetzungsverhältnisse
des Getriebes 10 eingestellt.
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Die
Einwegkupplung 72 ist funktionell zwischen dem Stator 64 und
der Statorwelle 74 angeordnet. Die Statorwelle 74 ist
fest mit dem Gehäusesegment 76 verbunden,
um so jegliche Verschiebung und/oder Drehung der Statorwelle 74 auszuschließen. Desgleichen
wird die Verschiebung des Sonnenrades 28 durch die Erweiterung 78 eingeschränkt, die
integraler Bestandteil der Statorwelle 74 ist. Während des
aktiven Betriebs, wenn die Drehzahl der Turbine 62 niedriger
ist als die Drehzahl der Pumpe 60, wird der Stator 64 durch
die Wechselwirkung zwischen der Einwegkupplung 72 und der
Statorwelle 74 daran gehindert, sich zu drehen. Wenn sich
das Verhältnis
der Drehzahlen zwischen der Pumpe 60 und der Turbine dem
Wert eins nähert,
lässt die
Einwegkupplung 72 den Stator 64 frei drehen, sodass
dieser sich mit einer Drehzahl drehen kann, die im Wesentlichen
gleich der Drehzahl von Pumpe 60 und Turbine 62 ist.
Gemäß der obigen
Beschreibung geht die durch die Flüssigkeit auf den Statur 64 einwirkende
Energie im Wesentlichen dadurch verloren, dass sich die Statorwelle 74 nicht
dreht.
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Aus
der Vielzahl von Einrichtungen und Verfahren zur Bereitstellung
eines Mittels zur Kopplung des Stators eines Drehmomentwandlers
mit einem Getriebe sind viele Mittel erdacht worden, um das gewünschte Ziel
zu erreichen, d.h. ein hoher Wirkungsgrad der Kopplung zwischen
einem Motor und einem Getriebe, ohne die vom Motor gelieferte Energie
zu verschwenden und somit eine bessere Kraftstoffausnutzung und
Leistung zu erreichen. Bisher mussten Kompromisse zwischen dem Wirkungsgrad
der Kopplung und der Getriebekonstruktion eingegangen werden. Somit
besteht seit langem ein Bedarf an einem Drehmomentwandler mit einem Statur,
der funktionell so angeordnet ist, dass er ein Drehmoment zum Getriebe überträgt und dadurch
einen größeren Anteil
der durch den Motor erzeugten Energie ausnutzt.
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KURZZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung beinhaltet im Allgemeinen eine Baugruppe für ein Fahrzeug
zur Übertragung
eines Drehmoments von einem Stator, wobei die Baugruppe eine Statorwelle,
die mit einem Statur in einem Drehmomentwandler im Fahrzeug verbunden
und so angeordnet ist, dass sie sich in einer ersten Richtung dreht,
und eine Getriebebaugruppe beinhaltet, die in Drehrichtung mit der
Statorwelle und einem Planetengetriebe in einem Getriebe im Fahrzeug
verbunden und so angeordnet ist, dass sie ein Drehmoment in einer
zweiten Drehrichtung überträgt, wobei
die zweite Drehrichtung der ersten Drehrichtung entgegengesetzt ist.
Gemäß einigen
Aspekten ist die Getriebebaugruppe so angeordnet, dass sie eine
Drehung der Statorwelle umkehrt oder als Zwischenrad fungiert. Die
Statorwelle ist so angeordnet, dass sie während eines Drehmomentwandlungsmodus
des Drehmomentwandlers ein Drehmoment vom Statur zum Zwischenrad überträgt. Gemäß einigen
Aspekten beinhaltet das Zwischenrad einen erstes Planetengetriebe
mit einem ersten Sonnenrad, einem ersten Planetenträger und
einem ersten Zahnradring. Die Statorwelle ist in Drehrichtung mit
dem ersten Sonnenrad verbunden, der erste Planetenträger ist
fest, und der erste Zahnradring ist in Drehrichtung mit dem Planetengetriebe
verbunden.
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Gemäß einigen
Aspekten beinhaltet das Planetengetriebe einen zweiten Planetenträger, und
der erste Zahnradring ist in Drehrichtung mit dem zweiten Träger verbunden.
Gemäß einigen
Aspekten sind der zweite Planetenträger und der erste Zahnradring
aus einem Stück
gebildet. Gemäß einigen
Aspekten beinhaltet der Drehmomentwandler eine mit einer Turbine
verbundene Abtriebsnabe, das Fahrzeug beinhaltet eine erste Antriebswelle
des Getriebes, die in Drehrichtung mit der Nabe verbunden ist, und
das Planetengetriebe beinhaltet ein zweites Sonnenrad und einen
zweiten Zahnradring. Das zweite Sonnenrad ist fest, und die erste
Antriebswelle des Getriebes ist in Drehrichtung mit dem zweiten
Zahnradring verbunden. Gemäß einigen
Aspekten beinhaltet die Baugruppe eine zweite Antriebswelle des
Getriebes, die mit der Getriebebaugruppe und dem Planetengetriebe
in Drehrichtung verbunden ist. Gemäß einigen Aspekten beinhaltet
der Stator eine Einwegkupplung, die in Drehrichtung mit der Statorwelle
verbunden ist.
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Die
vorliegende Erfindung beinhaltet im Allgemeinen auch eine Baugruppe
für ein
Fahrzeug zur Übertragung
eines Drehmoments von einem Stator mit einer Statorwelle, die in
Drehrichtung mit einer Einwegkupplung eines Stators in einem Drehmomentwandler
für das
Fahrzeug verbunden und so angeordnet ist, dass sie während eines
Drehmomentwandlungsmodus des Drehmomentwandlers ein Drehmoment vom
Stator überträgt, und
mit einem ersten Planetengetriebe mit einem ersten Sonnenrad, einem
ersten Planetenträger
und einem ersten Zahnradring. Das erste Sonnenrad ist in Drehrichtung
mit der Statorwelle verbunden, der erste Träger ist fest, und der erste
Zahnradring ist in Drehrichtung mit einem zweiten Träger in einem
zweiten Planetengetriebe in einem Getriebe des Fahrzeugs verbunden.
Ein zweiter Zahnradring im zweiten Planetengetriebe ist in Drehrichtung
mit einer Antriebswelle des Getriebes und die Antriebswelle in Drehrichtung
mit einer Turbine im Drehmomentwandler verbunden.
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Ferner
beinhaltet die vorliegenden Erfindung im Allgemeinen einen Stator
für einen
Drehmomentwandler, der eine drehbare Statorwelle und eine mit der
Statorwelle verbundene Schaufelbaugruppe beinhaltet. Gemäß einigen
Aspekten ist die Statorwelle. funktionell so angeordnet, dass sie
mit einer Getriebebaugruppe gekoppelt wird. Gemäß einigen Aspekten ist die
Getriebebaugruppe funktionell so angeordnet, dass sie mit einem
Planetengetriebe in einem Getriebe gekoppelt wird, oder die Getriebebaugruppe
ist funktionell so angeordnet, dass sie eine Drehung der Statorwelle
umkehrt.
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Eine
allgemeine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Leistung und/oder
die Wirtschaftlichkeit von Fahrzeugen zu erhöhen.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Energieverlust
innerhalb eines Drehmomentwandlers möglichst weit zu verringern.
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Noch
eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Mittel zur Übertragung
eines Drehmoments vom Stator eines Drehmomentwandlers an ein Fahrzeuggetriebe
bereitzustellen.
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Diese
sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden dem Fachmann nach dem Lesen der detaillierten Beschreibung
der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen und den angehängten Ansprüchen ohne
weiteres klar.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Im
Rahmen der folgenden detaillierten Beschreibung werden nun in Verbindung
mit den beiliegenden Zeichnungen das Wesen und die Funktionsweise
der vorliegenden Erfindung ausführlicher
beschrieben, wobei:
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1 ein
Hebeldiagramm ist, das die Energieübertragungspfade von einer
Antriebswelle durch ein Getriebe nach dem Stand der Technik zeigt;
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2 eine
Querschnittsansicht eines Drehmomentwandlers und eines Getriebes
nach dem Stand der Technik zeigt, die gemäß 1 angeordnet
sind;
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3 ein
Hebeldiagramm ist, das eine Baugruppe zur Übertragung eines Drehmoments
von einem Stator zeigt, die mit einem Getriebe gekoppelt ist;
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4 eine
schematische Darstellung der Baugruppe zur Übertragung eines Drehmoments
von einem Stator und eines Getriebes gemäß 3 ist;
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5 eine
Querschnittsansicht der Baugruppe zur Übertragung eines Drehmoments
von einem Stator und eines Getriebes gemäß 3 ist;
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6 eine
grafische Darstellung der Drehzahl des Stators als Funktion des
Verhältnisses
Drehzahlen zwischen der Turbine und der Pumpe mit und ohne eine
Baugruppe der vorliegenden Erfindung ist;
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7 eine
grafische Darstellung der Drehmomentkapazität der Pumpe als Funktion des
Verhältnisses der
Drehzahlen zwischen der Turbine und der Pumpe mit und ohne eine
Baugruppe der vorliegenden Erfindung ist; und
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8 eine
grafische Darstellung des Wirkungsgrades eines Drehmomentwandlers
als Funktion des Verhältnisses
der Drehzahlen zwischen der Turbine und der Pumpe mit und ohne eine
Baugruppe der vorliegenden Erfindung ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Von
vornherein sollte klar sein, dass gleiche Bezugsnummern in verschiedenen
Zeichnungsansichten identische oder funktionell ähnliche Strukturelemente der
Erfindung bezeichnen. Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezug
auf die gegenwärtig
als bevorzugt angesehene Ausführungsart
beschrieben wird, sollte klar sein, dass die beanspruchte Erfindung
nicht auf die bevorzugte Ausführungsart
beschränkt
ist.
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Außerdem ist
klar, dass diese Erfindung nicht auf die bestimmten beschriebenen
Verfahren, Materialien und Modifikationen beschränkt ist und insofern natürlich variieren
kann. Ferner ist klar, dass die hier gebrauchten Begriffe nur zur
Beschreibung bestimmter Ausführungsarten
dienen und nicht als Einschränkung des
Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung zu verstehen sind.
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Sofern
nicht anderweitig definiert, haben alle hier gebrauchten technischen
und wissenschaftlichen Begriffe dieselbe Bedeutung, wie sie einem
Fachmann geläufig
ist, an den sich diese Erfindung richtet. Obwohl zum Durchführen oder
Testen der Erfindung beliebige Verfahren, Einrichtungen oder Materialien
verwendet werden können,
die den hier beschriebenen ähnlich
oder gleichwertig sind, werden im Folgenden die bevorzugten Verfahren,
Einrichtungen und Materialien beschrieben.
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3 zeigt
ein Hebeldiagramm, das die Energieübertragungspfade von einer
Antriebswelle durch ein Getriebe gemäß der vorliegenden Erfindung
darstellt, und 4 zeigt eine schematische Darstellung
eines Drehmomentwandlers und eines Getriebes gemäß der vorliegenden Erfindung,
die gemäß 3 angeordnet sind,
während 5 eine
Querschnittsansicht eines Drehmomentwandlers und eines Getriebes
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt, die gemäß 3 angeordnet
sind.
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Die
Baugruppe 100 zur Übertragung
eines Drehmoments von einem Stator ist mit einem Getriebe 101 gekoppelt.
Die Baugruppe 100 umfasst im Allgemeinen eine Antriebswelle 102 und
eine Getriebebaugruppe 104. Die Statorwelle 102 ist
in Drehrichtung mit einem Stator 106 im Drehmomentwandler 108 in
einem (nicht gezeigten) Fahrzeug verbunden. Die Getriebebaugruppe 104 ist
in Drehrichtung mit der Statorwelle 102 und einem Planetengetriebe 110 im
Getriebe 101 verbunden. Unter „in Drehrichtung verbunden
oder befestigt" ist zu
verstehen, dass die Getriebebaugruppe 104 und die Statorwelle 102 so
miteinander verbunden sind, dass sich die beiden Komponenten gemeinsam
drehen, das heißt,
dass die beiden Komponenten in Bezug auf ihre Drehbewegung fest
miteinander verbunden sind. Eine Verbindung von zwei Komponenten
in Drehrichtung schränkt
nicht unbedingt die relative Bewegung in anderen Richtungen ein.
Zum Beispiel können
sich zwei in Drehrichtung miteinander verbundene Komponenten über eine
Keilnutverbindung gegeneinander bewegen. Jedoch sollte klar sein,
dass eine Verbindung in Drehrichtung nicht unbedingt bedeutet, dass
eine Bewegung in anderen Richtungen vorliegt. Zum Beispiel können zwei
in Drehrichtung miteinander verbundene Komponenten in axialer Richtung
fest miteinander verbunden sein. Die obige Beschreibung der Verbindung
in Drehrichtung kann auf die folgenden Erörterungen angewendet werden.
Sofern nicht anderweitig angegeben, ist in den folgenden Erörterungen
unter einer Verbindung eine Verbindung in Drehrichtung zu verstehen.
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Die
Statorwelle 102 ist so angeordnet, dass sie während eines
Drehmomentwandlungsmodus des Drehmomentwandlers 108 ein
Drehmoment vom Stator 106 zur Getriebebaugruppe 104 überträgt. Gemäß einigen
Aspekten kann die Getriebebaugruppe 104 aus einem Planetengetriebe
bestehen, das ein Sonnenrad 112, einen Planetenrad 114 und
einen Zahnradring 116 umfasst. In einer solchen Anordnung
ist die Statorwelle 102 in Drehrichtung mit dem Sonnenrad 112 verbunden,
das Planetenrad 114 ist durch die Welle 118 fest
mit dem Gehäusesegment 117 verbunden,
und der Zahnradring 116 ist in Drehrichtung mit dem Planetengetriebe 110 verbunden.
Darüber
hinaus kann das Planetengetriebe 110 einen Planetenradträger 120 beinhalten,
der in Drehrichtung mit dem Zahnradring 116 verbunden ist.
Gemäß einigen
Aspekten können
der Planetenradträger 120 und
der Zahnradring 116 aus einem Stück gebildet sein, jedoch kann
sich ein Fachmann vorstellen, dass auch andere Mittel zur Befestigung
zwischen dem Träger 120 und
dem Zahnradring 116 möglich
sind, z.B. eine zwischen dem Träger 120 und
dem Zahnradring 116 angeordnete Zahnwelle, wobei solche
Varianten in Geist und Geltungsbereich der beanspruchten Erfindung
enthalten sind. Unter „aus
einem Stück
gebildet" ist zu
verstehen, das zumindest ein Teil des Trägers und des Zahnradrings aus
einem einzigen gemeinsamen Stück
gebildet sind, das heißt,
dass der Träger
und der Zahnradring nicht aus getrennten Stücken bestehen, die direkt oder
indirekt miteinander verbunden sind.
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Der
Drehmomentwandler 108 beinhaltet üblicherweise eine Abtriebsnabe 122,
die mit der Turbine 124 verbunden ist. Das Fahrzeug beinhaltet üblicherweise
eine Antriebswelle 126 des Getriebes, die in Drehrichtung
mit der Nabe 122 verbunden ist. Gemäß einigen Aspekten beinhaltet
das Planetengetriebe 110 ein Sonnenrad 128 und
einen Zahnradring 130. Das Sonnenrad 128 ist durch
einen Flansch 132 im Getriebe 101 feststehend,
während
die Antriebswelle 126 in Drehrichtung mit dem Zahnradring 130 verbunden
ist.
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Gemäß einigen
Aspekten verbindet die Antriebswelle 134 die Getriebebaugruppe 104 in
Drehrichtung mit dem Planetengetriebe 110. Gemäß einigen
Aspekten beinhaltet der Stator 106 eine Einwegkupplung 136, die
in Drehrichtung mit der Statorwelle 102 verbunden ist.
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Gemäß einigen
Aspekten ist die Getriebebaugruppe 104 so angeordnet, dass
sie die Drehung der Statorwelle 102 umkehrt, bevor das
durch die Statorwelle 102 gelieferte Drehmoment an das
Planetengetriebe 110 weitergeleitet wird. Gemäß anderen
Aspekten kann die Getriebebaugruppe 104 aus einem Zwischenrad bestehen,
obwohl dem Fachmann klar ist, dass andere Arten von Zahnrädern möglich sind,
die in Geist und Geltungsbereich der beanspruchten Erfindung enthalten
sind.
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Es
sollte klar sein, dass die Baugruppe 100 nicht auf die
Verwendung zusammen mit dem Getriebe 101 beschränkt ist
und dass die Baugruppe 100 zusammen mit Getrieben verwendet
werden kann, die andere Arten und Anzahlen von Komponenten und Ausgestaltungen
aufweisen können.
Außerdem
sollte klar sein, dass der mit der drehbaren Statorwelle 102 gekoppelte
Stator 106 in anderen Anordnungen als der oben beschriebenen
verwendet werden kann. Zum Beispiel kann es erwünscht sein, für bestimmte
Anwendungen mit kleinerem Drehmoment die Energie ausschließlich vom
Stator abzunehmen, z.B., um Komponenten außerhalb des Getriebe anzutreiben.
Somit ist dem Fachmann klar, dass die Verwendung des Stators 106 zusammen
mit der Statorwelle 102 nicht auf die beschriebenen Ausführungsarten
beschränkt
ist und dass solche Varianten in Geist und Geltungsbereich der beanspruchten
Erfindung enthalten sind.
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Bei
der oben beschriebenen Anordnung wird die Energie auf zwei Übertragungswegen
dem Planetengetriebe 110 des Getriebes 101 zugeführt, d.h.
von der Antriebswelle 134 zum Planetenradträger 120 und
von der Antriebswelle 126 zum Zahnradring 130.
Anschließend
wird die Energie innerhalb des Getriebes 101 im Wesentlichen
genauso übertragen
wie für
das Getriebe 10 beschrieben. Somit umfasst das Getriebe 101 bei dieser
Ausführungsart
ferner Planetengetriebe 138 und 140 und weiterhin
Kupplungen 142, 144 und 146 sowie Bremskupplungen 148 und 150.
Das Planetengetriebe 138 umfasst ein Sonnenrad 152,
einen Planetenradträger 154 und
einen Zahnradring 156, und das Planetengetriebe 140 umfasst
ein Sonnenrad 158, einen Planetenradträger 160 und einen
Zahnradring 162. Das Getriebe 101 überträgt Energie über die
Abtriebswelle 164. Um sechs Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang
zu erhalten, werden die Kupplungen 142, 144 und 146 sowie
die Bremskupplungen 148 und 150 gemäß der folgenden
Tabelle 2 in verschiedenen Kombinationen angeordnet. Ein „X" bezeichnet eine
eingekuppelte Kupplung/Bremskupplung, und ein leeres Feld bezeichnet eine
ausgekuppelte Kupplung/Bremskupplung.
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Die 4 und 5 beschreiben
ausführlicher
die Verbindung zwischen dem Drehmomentwandler 108 und dem
Getriebe 101. Eine (nicht gezeigte) rotatorische Antriebseinheit,
z.B. ein Fahrzeugmotor, ist durch Bolzen 168 fest mit der
Zahnkranzscheibe 166 verbunden. Die Zahnkranzscheibe 166 ist
durch Niete 172 an der Gehäuseschale 170 des
Drehmomentwandlers 108 befestigt, sodass Energie von der
rotatorischen Antriebseinheit zum Drehmomentwandler 108 übertragen
werden kann. Innerhalb des Drehmomentwandlers 108 wird
die Energie durch eine Flüssigkeit übertragen.
Während
sich der Drehmomentwandler 108 dreht, überträgt die fest mit der Gehäuseschale 170 verbundene
Pumpe 174 Flüssigkeit
zur Turbine 124. Nach dem Verlassen der Turbine 124 strömt die Flüssigkeit
durch den Stator 106, der den Flüssigkeitsstrom vor dem Wiedereintritt
in die Pumpe 174 umlenkt. Die Turbine 124 ist
an der Nabe 122 befestigt, die wiederum in Drehrichtung
mit der Antriebswelle 126 gekoppelt ist. Gemäß der obigen
Beschreibung treibt die Antriebswelle 126 den Zahnradring 130 an.
Das Planetenrad 176 ist durch eine Welle 178 drehbar
am Planetenradträger 120 befestigt.
Der Zahnradring 130 ist so angeordnet, dass er mit dem
Planetenrad 176 und somit mit dem Planetenradträger 120 verbunden
ist und dadurch die zum Antreiben des Getriebes 101 erforderliche
Energie liefert. 3 zeigt den oben beschriebenen Übertragungspfad, über den
die Energie zum Teil zum Getriebe 101 übertragen wird.
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Die
Einwegkupplung 136 ist funktionell zwischen dem Stator 106 und
der Antriebswelle 102 angeordnet. Die Antriebswelle 102 ist
drehbar innerhalb des Getriebes 101 angeordnet und kann
gemäß einigen
Aspekten integraler Bestandteil des Sonnenrades 112 sein.
Somit dreht sich auch das Sonnenrad 112, während sich
die Antriebswelle 102 dreht. Die Drehung des Sonnenrades 112 wiederum
veranlasst das Planetenrad 114 zu einer Drehung um die
feststehende Achse 118. Die Achse 118 ist in Drehrichtung
am Gehäusesegment 117 befestigt,
und durch die Drehung des Planetenrades 114 wird auch der
Zahnradring 116 in Drehung versetzt. Der Planetenradträger 120 ist
in Drehrichtung durch eine Antriebswelle, d.h. durch die Antriebswelle 134, mit
dem Zahnradring 116 verbunden, der gemäß einigen Aspekten integraler
Bestandteil des Zahnradrings 116 sein kann. Somit drehen
sich der Planetenradträger 120 und
das Planetenrad 176, während
sich der Zahnradring 116 dreht. Dem Fachmann ist klar,
dass, obwohl die Antriebswelle 134 integraler Bestandteil
des Zahnradrings 116 ist, auch andere Anordnungen möglich sind,
z.B. eine Keilnutverbindung zwischen dem Zahnradring 116 und
der Antriebswelle 134, und dass solche Anordnungen in Geist
und Geltungsbereich der Ansprüche
enthalten sind. Aus den Figuren ist ersichtlich, dass der Planetenradträger 120 in
Abhängigkeit
von der Anordnung der Kupplungen 142, 144, 146 und
der Bremskupplungen 148 und 150 zusätzliche
Energie zum Getriebe 101 übertragen kann.
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Die 6, 7 und 8 zeigen
die berechneten Leistungswerte für
die Drehmomentwandler 50 (siehe 2) und 108 (siehe 5)
in Verbindung mit dem Getriebe 10 bzw. 101. Insbesondere
zeigt 6 eine grafische Darstellung der Drehzahl der
Statoren 64 und 106 auf der y-Achse als Funktion
des Verhältnisses
der Drehzahlen zwischen der Turbine 62 und der Pumpe 60 bzw.
zwischen der Turbine 124 und der Pumpe 174 auf
der x-Achse. 7 zeigt eine grafische Darstellung
der Drehmomentkapazität
der Pumpen 60 und 174 auf der x-Achse als Funktion
des Verhältnisses
der Drehzahlen zwischen der Turbine 62 und der Pumpe 60 bzw.
der Turbine 124 und der Pumpe 174 auf der x-Achse. 8 zeigt
eine grafische Darstellung des Wirkungsgrades der Drehmomentwandler 50 und 108 auf
der y-Achse als Funktion des Verhältnisses der Drehzahlen zwischen
der Turbine 62 und der Pumpe 60 bzw. zwischen
der Turbine 124 und der Pumpe 174 auf der x-Achse.
In jedem Diagramm ist auf der x-Achse das Verhältnis der Drehzahlen zwischen
der Turbine und der Pumpe aufgetragen. Zum Beispiel dreht sich die
Pumpe bei einem im Stand befindlichen Fahrzeug, während die
Turbine still steht, sodass das Drehzahlverhältnis (DV) gleich null ist.
Wenn sich hingegen die Pumpe und die Turbine nach dem Erreichen
der Fahrgeschwindigkeit im Wesentlichen mit derselben Drehzahl drehen,
erreicht das DV den Wert eins.
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Die
gestrichelte Linie 180 in 6 stellt
den gemäß den 1 und 2 angeordneten
Statur 64 dar, d.h. einen herkömmlichen Drehmomentwandler,
während
die durchgezogene Linie 182 den gemäß den 3 bis 5 angeordneten
Statur 106 darstellt. Die gestrichelte Linie 180 zeigt,
dass die Anordnung mit einer feststehenden Statorwelle die Drehung
des Stators so lange verhindert, bis das DV den Kopplungspunkt des
Drehmomentwandlers erreicht, wenn das DV annähernd gleich 0,9 ist, wenn
sich also der Statur 64 im Freilauf zu drehen beginnt.
Die durchgezogene Linie 182 hingegen zeigt, dass die Anordnung
mit einer drehbar befestigten Statorwelle eine Drehung des Stators 106 mit
einer der Turbinendrehzahl umgekehrt proportionalen Drehzahl ermöglicht,
obwohl sich der Statur 106 noch im Freilauf befindet, wenn
das DVV den Kopplungspunkt des Drehmomentwandlers erreicht. An den
Punkten, an denen DVV gleich null bzw. gleich eins ist, sind die
gestrichelte Linie 180 und die durchgezogene Linie 182 und
somit auch das Mindestdrehmoment und die Drehmomentkapazität der beiden
Anordnungen identisch.
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In 7 stellt
die gestrichelte Linie 184 den gemäß den 1 und 2 angeordneten
Statur 64 dar, d.h. einen herkömmlichen Drehmomentwandler,
während
die durchgezogene Linie 186 den gemäß den 3 bis 5 angeordneten
Statur 106 darstellt. Die gestrichelte Linie 184 zeigt,
dass die Anordnung mit einer feststehenden Statorwelle im gesamten
DV-Bereich von null bis annähernd
0,8 dieselbe Drehmomentkapazität
der Pumpe beibehält.
Die durchgezogene Linie 186 zeigt, dass die Anordnung mit
einer drehbar befestigten Statorwelle die Drehmomentkapazität der Pumpe im
gesamten DV-Bereich von null bis annähernd 0,8 über den Wert eines herkömmlichen
Drehmomentwandlers hinaus erhöht.
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In 8 stellt
die gestrichelte Linie 188 den gemäß den 1 und 2 angeordneten
Stator 64 dar, d.h. einen herkömmlichen Drehmomentwandler,
während
die durchgezogene Linie 190 den gemäß den 3 bis 5 angeordneten
Stator 106 darstellt. Die durchgezogene Linie 190 zeigt,
dass die Anordnung mit einer drehbar befestigten Statorwelle im
DV-Bereich von null bis annähernd
0,75 den Gesamtwirkungsgrad des Drehmomentwandlers über den
Wert eines herkömmlichen
Drehmomentwandlers hinaus erhöht.
Kurz gesagt, der Gesamtwirkungsgrad des Drehmomentwandlers der vorliegenden
Erfindung ist im mittleren DV-Bereich von annähernd 0,2 bis 0,7 höher als
der Wirkungsgrad eines herkömmlichen
Drehmomentwandlers.
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Dadurch,
dass die Drehung des Stators 106 in der beschriebenen Weise
zugelassen wird, muss die Pumpe 174 einen größeren Anteil
des Drehmoments der Turbine 124 ausgleichen, sodass die
Drehmomentkapazität
der Pumpe 174 ansteigt. Aus der obigen Beschreibung ist
zu erkennen, dass unter bestimmten Bedingungen, zum Beispiel bei
mittleren Drehzahlverhältnissen
zwischen der Turbine und der Pumpe, der Gesamtwirkungsgrad des Drehmomentwandlers
gegenüber
dem Wirkungsgrad einer herkömmlichen
Drehmomentwandler/Getriebe-Anordnung ansteigt, wenn der Stator 106 Energie
vom Drehmomentwandler 108 aufnehmen kann.
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Somit
ist zu erkennen, dass die Aufgaben der vorliegenden Erfindung wirksam
gelöst
werden, obwohl sich der Fachmann Modifikationen und Änderungen
der Erfindung vorstellen kann, die in Geist und Geltungsbereich
der beanspruchten Erfindung enthalten sind. Ferner ist klar, dass
die obige Beschreibung nur zur Veranschaulichung der vorliegenden
Erfindung dient und nicht als Einschränkung zu verstehen ist. Deshalb
sind andere Ausführungsarten
der vorliegenden Erfindung möglich,
ohne von Geist und Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
