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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Wippenkupplungen mit selektiv variablen Betriebsarten und insbesondere eine wählbare Einwegwippenkupplungsanordnung sowie ein damit ausgestaltetes Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 9 sowie ein mit solch einer Einwegwippenkupplungsanordnung ausgestaltetes Getriebe.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Herkömmliche Kraftfahrzeuge umfassen einen Triebstrang, der aus einer Maschine, einem mehrstufigen Getriebe und einem Differential- oder Ausgleichsgetriebesystem besteht. Das mehrstufige Getriebe erhöht den Gesamtbetriebsbereich des Fahrzeugs, da die Maschine etliche Male über ihren Drehzahlbereich arbeiten darf. Die Anzahl von in dem Getriebe verfügbaren Vorwärtsgeschwindigkeitsverhältnissen gibt an, wie oft der Maschinendrehzahlbereich wiederholt wird.
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Automatikgetriebe (z. B. vom Typ Planetengetriebe) und Handschaltgetriebe (z. B. vom Typ Gegenwelle) bilden die zwei Hauptarten von Kraftfahrzeuggetrieben. Frühe Automatikgetriebe hatten zwei Drehzahlbereiche. Dies begrenzte stark den Gesamtdrehzahlbereich des Fahrzeugs und erfordert deshalb eine relativ große Maschine, die einen weiten Drehzahl- und Drehmomentbereich erzeugen konnte. Dies führte dazu, dass die Maschine während des Reisens auf einem spezifischen Kraftstoffverbrauchsniveau arbeitete, das nicht dem effizientesten Niveau entsprach. Deshalb waren historisch handgeschaltete Getriebe am populärsten.
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Mit dem Aufkommen von Drei- und Viergangautomatikgetrieben gewann das Automatikschaltgetriebe an Popularität beim Auto fahrenden Publikum. Diese Getriebe verbesserten die Betriebsleistung und die Wirtschaftlichkeit des Fahrzeugs. Durch die Erhöhung der Anzahl von Geschwindigkeitsverhältnissen in einem Automatikgetriebe wird die Schrittgröße zwischen jedem Verhältnis reduziert, womit die Schaltqualität des Getriebes verbessert wird, indem die Verhältniswechsel bei normaler Fahrzeugbeschleunigung im wesentlichen unmerklich für den Fahrer gemacht sind. Indem die Übersetzungsverhältnisse variiert werden, kann die Brennkraftmaschine unter der maximalen Drehzahl und bevorzugt nahe an dem Maschinendrehzahlbereich arbeiten, der die beste Leistung und/oder Wirtschaftlichkeit liefert.
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Automatikgetriebe führen allgemein eine Verhältnisänderung durch, indem der Leistungsabgabepfad nach selektiver Betätigung eines oder mehrerer Reibelemente verändert wird, was üblicherweise entweder als Kupplungs- oder Bremsmechanismus bezeichnet wird. Die oben erwähnten Reibelemente können z. B. eine Einwegkupplung umfassen, die dazu konfiguriert ist, selektiv Drehmoment in einer ersten Richtung zu übertragen und die Übertragung von Drehmoment in der entgegengesetzten Richtung zu unterbrechen. Als ein Beispiel kann eine Einwegkupplung implementiert sein, um Drehmoment von einer Maschine zu dem Getriebe zu übertragen und die Übertragung von Umkehrdrehmoment vom Getriebe zu der Maschine zu unterbrechen. Beispielsweise beschreibt die
US 6 427 547 B1 ein Getriebe mit einer schaltbaren Einwegkupplung, mittels derer sich die Getriebeeingangswelle bei Bedarf lösbar mit einem Antriebsrad des Getriebes verbinden lässt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einwegwippenkupplungsanordnung, die gegenüber der in der
US 7 484 605 B2 beschriebenen Kupplungsanordnung neu ist, sowie ein mit solch einer Einwegwippenkupplungsanordnung ausgestattetes Getriebe anzugeben.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Diese Aufgabe wird mit einer Einwegwippenkupplungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 9 sowie mit einem Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
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Es ist eine wählbare Einwegwippenkupplungsanordnung mit einem ersten Laufring vorgesehen, der radial bezüglich eines zweiten Laufrings angeordnet ist. Der erste Laufring definiert eine Vielzahl von Taschen, während der zweite Laufring eine Vielzahl von Zähnen definiert. Eine Vielzahl von Wippen ist wenigstens teilweise jeweils in einer aus der Vielzahl von Taschen positioniert und konfiguriert, um mit den Zähnen des zweiten Laufrings in Eingriff zu gelangen, um dadurch einer Drehung des ersten Laufrings relativ zu dem zweiten Laufring zu widerstehen oder diese zu verhindern. Die wählbare Einwegwippenkupplungsanordnung umfasst auch ein Selektorelement, das radial bezüglich des ersten und des zweiten Laufrings angeordnet ist. Das Selektorelement ist selektiv zwischen wenigstens einer ersten und einer zweiten Position drehbar und konfiguriert, um den Eingriff wenigstens einer aus der Vielzahl von Wippen mit den Zähnen des zweiten Laufrings zu verhindern, wenn sich der Selektor in der zweiten Position befindet.
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Bevorzugt definiert die oben erwähnte Vielzahl von Wippen eine erste und eine zweite Vielzahl von Wippen. Die erste Vielzahl von Wippen ist konfiguriert, um die Drehung des äußeren Laufrings bezüglich des inneren Laufrings in einer ersten Richtung zu verhindern, wenn sie mit den Zähnen des zweiten Laufrings in Eingriff steht. Die zweite Vielzahl von Wippen ist konfiguriert, um die Drehung des äußeren Laufrings bezüglich des inneren Laufrings in einer zweiten Richtung zu verhindern, wenn sie mit den Zähnen des zweiten Laufrings in Eingriff steht.
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Idealerweise umfasst die wählbare Einwegwippenkupplungsanordnung auch eine Andrückplatte. Die Andrückplatte ist konfiguriert, um entlang einer gemeinsamen Drehachse zu dem Selektorelement hin oder davon weg zu übersetzen, um selektiv mit dem Selektorelement in Eingriff zu gelangen oder es anzukoppeln, um dadurch die Position des Selektorelements bezüglich der ersten und der zweiten Vielzahl von Wippen zu steuern. Ein Stellglied kann auch wirksam mit der Andrückplatte verbunden sein, um die oben erwähnte selektive Translation der Andrückplatte zu dem Selektorelement hin oder davon weg vorzusehen.
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Ferner ist bevorzugt, dass die wählbare Einwegwippenkupplungsanordnung eine Vielzahl von Vorspannelementen wie Federn umfasst. Im übrigen ist auch bevorzugt, dass jede der ersten und der zweiten Vielzahl von Wippen jeweils von einer der Federn in Eingriff mit den Zähnen des zweiten Laufrings vorgespannt ist, um dadurch der Drehung des ersten Laufrings relativ zu dem zweiten Laufring zu widerstehen.
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Es ist darüber hinaus bevorzugt, dass das Selektorelement allgemein kranzförmig oder ringförmig und wenigstens teilweise zwischen dem ersten und dem zweiten Laufring angeordnet ist. Erfindungsgemäß definiert das Selektorelement eine Vielzahl von Öffnungen oder Fenstern, die konfiguriert sind, um sich die erste und die zweite Vielzahl von Wippen hindurch erstrecken zu lassen, wenn sich das Selektorelement in der ersten Position befindet. Dazu definiert das Selektorelement auch einen Körperabschnitt, der konfiguriert ist, um den Eingriff wenigstens der zweiten Vielzahl von Wippen mit den Zähnen des zweiten Laufrings zu verhindern, wenn sich das Selektorelement in der zweiten Position befindet.
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Besonders kann der erste Laufring radial innerhalb des zweiten Laufrings angeordnet sein, und umgekehrt kann innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung der zweite Laufring radial innerhalb des ersten Laufrings angeordnet sein.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Explosionsansicht eine Wippenkupplungsanordnung mit einer Andrückplatte, einem Selektorring, inneren und äußeren Laufringen, einer Buchse und einer Vielzahl von Wippen nach der vorliegenden Erfindung;
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2a ist eine schematische Seitenansicht der Kupplungsanordnung von 1 entlang einer Ebene, die senkrecht zu einer Drehachse liegt, zur Veranschaulichung des Selektorrings in einer ersten Position;
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2b ist eine schematische, fragmentarische Aufrissabbildung von zwei der Wippen und dem Selektorring von 2a in einer ersten Position;
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2c ist eine schematische, fragmentarische Seitenansicht zur Veranschaulichung einer aus der ersten Vielzahl von Wippen von 2a in einer ersten Wechselwirkung mit dem äußeren Laufring;
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2d ist eine schematische, fragmentarische Seitenansicht zur Veranschaulichung einer der Wippen von 2a in einer zweiten Wechselwirkung mit dem äußeren Laufring;
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2e ist eine schematische, fragmentarische Seitenansicht einer aus der zweiten Vielzahl von Wippen von 2d in Wechselwirkung mit dem äußeren Laufring;
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3a ist eine schematische Seitenansicht der Kupplungsanordnung von 1 entlang einer Ebene, die senkrecht zu einer Drehachse liegt, zur Veranschaulichung des Selektorrings in einer zweiten Position;
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3b ist eine schematische, fragmentarische Aufrissabbildung der zwei Wippen von 3a mit dem Selektorring in einer zweiten Position;
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3c ist eine schematische, fragmentarische Seitenansicht zur Veranschaulichung einer aus der zweiten Vielzahl von Wippen von 3a in einer eingezogenen Position;
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4a ist eine schematische Seitenansichtabbildung eines Abschnitts der Kupplungsanordnung von 1, der wirksam mit einem Stellglied verbunden ist, das konfiguriert ist, um selektiv die Andrückplatte und damit den Selektorring zwischen der ersten und der zweiten Position zu bewegen;
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5 ist eine schematische, fragmentarische Querschnittsansicht eines beispielhaften Handschaltgetriebes mit zwei an der Eingangswelle angebrachten, wählbaren Einwegwippenkupplungsanordnungen;
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6 ist eine schematische, fragmentarische Querschnittsansicht eines beispielhaften Doppelkupplungsgetriebes oder DCT, einer Architektur, die eine Vielzahl von an der Eingangswelle angebrachten, wählbaren Einwegwippenkupplungsanordnungen der vorliegenden Erfindung verwendet; und
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7 ist eine schematische Abbildung der verschiedenen Komponenten eines beispielhaften Hybridtriebstrangsystems, das eine Vielzahl der wählbaren Einwegwippenanordnungen der vorliegenden Erfindung verwendet.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Unter Bezug auf die Zeichnungen, wo gleiche Bezugsziffern die gleichen Komponenten bezeichnen, zeigt 1 eine Explosionsansicht einer wählbaren Einwegwippenkupplungsanordnung 10. Die Wippenkupplungsanordnung 10 ist steuerbar, um Drehmoment in zwei Drehrichtungen zu übertragen (d. h. im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn) oder Drehmoment in einer Richtung zu übertragen und in der entgegengesetzten Richtung ausgekuppelt zu sein (d. h. Freilauf in einem ausgerückten Zustand). Die Wippenkupplungsanordnung 10 kann z. B. dazu verwendet werden, die Drehmomentübertragung in einem Automatikgetriebe, einem Handschaltgetriebe, einem Hybridfahrzeuggetriebe, einem Doppelkupplungsgetriebe, einem Verteilergetriebe oder einem Maschinenhilfsantrieb zu steuern.
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Die Wippenkupplungsanordnung 10 umfasst einen allgemein ringförmigen inneren Laufring 12 und einen allgemein ringförmigen äußeren Laufring 14, wobei der innere und der äußere Laufring 12, 14 koaxial um eine Drehachse 16 positioniert sind (am besten in 2a zu sehen). Eine Buchse 18 ist bevorzugt vorgesehen, um den äußeren Laufring 14 anzusteuern oder zu führen, wenn er sich relativ zu dem inneren Laufring 12 dreht. Ein Selektorelement wie ein Selektorring 20 ist radial zwischen dem inneren Laufring 12 und dem äußeren Laufring 14 positioniert. Die Wippenkupplungsanordnung 10 umfasst auch ein Andrückelement wie eine Andrückplatte 22, die selektiv in einer axialen Richtung übersetzbar ist, d. h. entlang der Achse 16 von 2, um den Selektorring 20 zu drehen, was unten im einzelnen beschrieben wird.
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Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist der Status der Wippenkuppplungsanordnung 10 entweder „verriegelt” oder „gelöst”. Die Wippenkupplungsanordnung 10 ist „verriegelt”, wenn der innere und der äußere Laufring 12, 14 zusammengekuppelt sind, so dass Drehmoment in beiden Richtungen über die Wippenkupplungsanordnung 10 übertragen werden kann. Die Wippenkupplungsanordnung 10 ist „gelöst”, wenn sich der innere und der äußere Laufring 12, 14 unabhängig drehen, so dass Drehmoment in wenigstens einer Richtung nicht über die Wippenkupplungsanordnung 10 übertragen werden kann.
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Der innere Laufring 12 definiert eine Innenfläche 24, die bevorzugt genutet ist, um die Befestigung an einem Wellenelement, z. B. der Eingangswelle von 5 zu erleichtern. Die Außenfläche 26 des inneren Laufrings 12 definiert eine Vielzahl von Taschen 28, die jeweils konfiguriert sind, um eine Wippe 30 zu halten. Jede Tasche 28 umfasst eine bei 23 in 2a gezeigte Ausnehmung, die dazu geeignet ist, ein Vorspannelement wie beispielsweise die Schraubenfeder 34 von 2a zu halten. Die Federn 34 erstrecken sich jeweils von einer Ausnehmung 32 und greifen derart an einer Wippe 30 an, dass ein Abschnitt der Wippe 30 in Eingriff mit dem äußeren Laufring 14 vorgespannt ist, was im folgenden im einzelnen beschrieben wird.
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Wieder unter Bezug auf 1 definiert der äußere Laufring 14 eine Außenfläche, die bevorzugt genutet ist, um die Befestigung an einem (nicht gezeigten) Wellenelement oder Zahnrad wie dem ersten und zweiten Zahnrad 240 bzw. 240A von 5 zu erleichtern. Die Innenfläche 38 des äußeren Laufrings 14 definiert eine Vielzahl von Zähnen 40, die dazwischen Schlitze 41 definieren.
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Alternativ kann die Innenfläche 38 des äußeren Laufrings 14 eine Vielzahl von Taschen, die konfiguriert sind, um eine Vielzahl von Wippen darin zu halten, und Ausnehmungen definieren, die dazu geeignet sind, Vorspannelemente zu halten, die so funktionieren, wie dies oben bezüglich der Taschen 28, Wippen 30, Ausnehmungen 32, der Feder 34 und der Außenfläche 26 des inneren Laufrings 12 beschrieben wurde. Diesbezüglich würde die Außenfläche 26 des inneren Laufrings 12 eine Vielzahl von Zähnen definieren, die zum selektiven Eingriff mit Wippen konfiguriert sind und so funktionieren, wie dies oben bezüglich der Zähne 40 und der Innenfläche 38 des äußeren Laufrings 14 beschrieben wurde.
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Der Selektorring 20 umfasst einen allgemein kranzförmigen Körperabschnitt 50, der eine Vielzahl von Öffnungen oder Fenstern 42 und eine Vielzahl von Führungsschlitzen 44 definiert. Die Fenster 42 sind konfiguriert, um jeweils eine Wippe 30 in einer radialen Richtung vorrücken oder durchtreten zu lassen, an einem der Zähne 40 an dem äußeren Laufring 14 anzukoppeln oder damit in Eingriff zu gelangen und dadurch die Wippenkupplungsanordnung 10 zu sperren. Ein Körperabschnitt 50 des Selektorrings 20 funktioniert so, dass er eine jeweilige Wippe 30 daran hindert, mit dem äußeren Laufring 14 in Eingriff zu gelangen, so dass die Wippenkupplungsanordnung 10 in einer oder beiden Richtungen ausgekuppelt sein kann. Wie im folgenden im einzelnen beschrieben wird, ist deshalb der Status der Kupplung (d. h. entweder verriegelt oder gelöst) wählbar, indem der Körperabschnitt 50 und die Fenster 42 des Selektorrings 20 relativ zu den Wippen positioniert werden.
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Die Vielzahl von Wippen 30 umfasst eine erste Vielzahl von Wippen 30A und eine zweite Vielzahl von Wippen 30B. Die erste und die zweite Vielzahl von Wippen 30A, 30B sind allgemein identisch, aber unterschiedlich innerhalb des inneren Laufrings 12 positioniert. Genauer ist die erste Vielzahl von Wippen 30A idealerweise konfiguriert, um mit der Vielzahl von Zähnen 40 in Eingriff zu gelangen und dadurch der Drehung CW des äußeren Laufrings 14 im Uhrzeigersinn relativ zu dem inneren Laufring 12 zu widerstehen. Darüber hinaus ist die zweite Vielzahl von Wippen 30B idealerweise konfiguriert, um mit der Vielzahl von Zähnen 40 in Eingriff zu gelangen und dadurch der Drehung CCW des äußeren Laufrings 14 gegen den Uhrzeigersinn relativ zu dem inneren Laufring 12 zu widerstehen.
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Die Schlitze 44 sind bevorzugt in einem Winkel von etwa 45 Grad relativ zu der Drehachse ausgebildet, die durch den allgemein kranzförmigen Selektorring 20 definiert ist (z. B. die Achse 16 von 3). Jeder Schlitz 44 definiert eine erste Fläche 46 und eine zweite Fläche 48, die entsprechend in einem Winkel von etwa 45 Grad ausgebildet sind.
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Noch unter Bezug auf 1 hat die Andrückplatte 22 eine radial äußere Fläche 52, die eine Vielzahl von Zähnen 54 definiert, und eine radial innere Fläche 60, die eine Vielzahl von Stiften 62 definiert. Die Zähne 54 sind konfiguriert, um mit einem komplementären Merkmal an einem externen Element (z. B. dem stationären Element 112, 4) in Eingriff zu gelangen, so dass die Andrückplatte 22 an einer Drehung um die Achse 16, 2a gehindert wird. Die Stifte 62 sind im wesentlichen axial mit den Führungsschlitzen 44 des Selektorrings ausgerichtet. Wenn die Andrückplatte 22 in einer axialen Richtung zu dem inneren Laufring 12 hin übersetzt wird, greift jeder Stift 62 an der ersten Fläche 46 eines komplementären Schlitzes 44 an und verleiht ihr eine Kraft. Der Winkel von etwa 45 Grad der ersten Fläche 46 wandelt die axial aufgebrachte Kraft von dem Stift 62 in eine radial aufgebrachte Kraft um, wodurch der Selektorring 20 tendenziell in einer Richtung CCW gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird. Ähnlich greift dann, wenn die Andrückplatte 22 in einer axialen Richtung von dem inneren Laufring 12 weg übersetzt wird, jeder Stift 62 an der zweiten Fläche 48 eines komplementären Schlitzes 44 an und verleiht ihr eine Kraft. Der Winkel von etwa 45 Grad der zweiten Fläche 48 wandelt die axial aufgebrachte Kraft von dem Stift 62 in eine radial aufgebrachte Kraft um, wodurch der Selektorring 20 tendenziell in einer Richtung CW im Uhrzeigersinn gedreht wird.
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Idealerweise wird die Drehung des Selektorrings 20 in einer Richtung CCW gegen den Uhrzeigersinn die Fenster 42 derart ausrichten, anordnen oder lokalisieren, dass sich die Kupplungsanordnung 10 in einer eingerückten oder aktiven ersten Position befindet, wobei sich sowohl die erste als auch die zweite Vielzahl von Wippen 30A, 30B in einem einrückbaren Zustand mit der Innenfläche 38 des äußeren Laufrings 14 befinden. Vgl. 2a–2e. Umgekehrt wird die Drehung des Selektorrings 20 in einer Richtung CW im Uhrzeigersinn die Fenster 42 bevorzugt derart ausrichten, anordnen oder lokalisieren, dass sich die Kupplungsanordnung 10 in einer neutralen oder gelösten zweiten Position befindet, wobei sich nur die erste Vielzahl von Wippen 30A in einem einrückbaren Zustand mit der Innenfläche 38 des äußeren Laufrings 14 befindet. Vgl. 3a–3c.
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Der Winkel der ersten und der zweiten Fläche 46, 48 und deshalb der Führungsschlitze 44 kann sich merklich von dem in 1 veranschaulichten 45-Grad-Winkel unterscheiden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Außerdem können die Umfangsanordnung der Führungsschlitze 44 und entsprechende Anordnungen von zusammenpassenden Komponenten (z. B. Fenster 42 und der Körperabschnitt 50), wie dies in 1 abgebildet ist, umgekehrt sein, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abweichen. Beispielsweise könnte die Drehung des Selektorrings 20 in einer Richtung CW im Uhrzeigersinn die Fenster 42 und den Körperabschnitt 50 derart lokalisieren, dass sich die Kupplungsanordnung 10 in der aktiven Position befindet, während die Drehung des Selektorrings 20 in einer Richtung CCW gegen den Uhrzeigersinn die Fenster 42 und den Körperabschnitt 50 folglich derart lokalisieren würde, dass sich die Kupplungsanordnung 10 in der neutralen Position befindet, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Wenden wir uns nun 2a zu, wo gleiche Bezugsziffern die gleichen Komponenten aus 1 bezeichnen, so ist eine detaillierte schematische Seitenansicht der Wippenkupplungsanordnung 10 vorgesehen. Der äußere Laufring 14 ist derart konzentrisch um den inneren Laufring 12 angeordnet, dass sich die Außenfläche 26 des inneren Laufrings 12 in Nebeneinanderstellung mit der Innenfläche 38 des äußeren Laufrings 14 befindet, und dass die Taschen 28 in Richtung der Zähne 40 offen sind. Jede aus der ersten Vielzahl von Wippen 30A und jede aus der zweiten Vielzahl von Wippen 30B ist wenigstens teilweise innerhalb einer jeweiligen Tasche 28 angeordnet und durch eine jeweilige Feder 34 in Eingriff mit den Zähnen 40 vorgespannt. Der äußere Laufring 14 ist selektiv bezüglich des inneren Laufrings 12 um die Achse 16 drehbar.
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2a zeigt die Wippenkupplungsanordnung 10, während sie sowohl in Richtung CW im Uhrzeigersinn als auch in Richtung CCW gegen den Uhrzeigersinn derart verriegelt (oder aktiv) ist, dass sich der äußere Laufring 14 nicht in einer Richtung relativ zu dem inneren Laufring 12 drehen kann. Der Selektorring 20 ist radial zwischen dem inneren Laufring 12 und dem äußeren Laufring 14 angeordnet und in 2a und 2b in der ersten Position abgebildet. Wenn sich der Selektorring 20 in der ersten Position befindet, ist jedes Fenster 42 derart positioniert, dass sich jeweils eine aus der ersten Vielzahl von Wippen 30A radial hindurch erstrecken kann. Außerdem ist dann, wenn sich der Selektorring 20 in der ersten Position befindet, jedes Fenster 42 derart positioniert, dass sich jeweils eine aus der zweiten Vielzahl von Wippen 30B radial hindurch erstrecken kann.
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Wenden wird uns 2c zu, dann ist eine Wippe 30A in Wechselwirkung mit dem inneren Laufrad 12 und dem äußeren Laufring 14 abgebildet; die in 2c abgebildete Wippe 30A steht für alle aus der ersten Vielzahl von Wippen 30A. Die Wippe 30A umfasst einen Körperabschnitt 70 und einen Eingriffsarm oder eine Klaue 72, die von dem Körperabschnitt 70 vorsteht. Nach der bevorzugten Ausführungsform definiert das Eingriffsende 72 allgemein gegenüberliegende erste und zweite Flächen 76 bzw. 78 und eine terminale Endfläche 80.
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Nach der bevorzugten Ausführungsform definiert der Körperabschnitt 70 jeder Wippe 30A ein Schwenkzentrum oder eine Achse 74 und umfasst eine erste, zweite und dritte Fläche 90 bzw. 92 und 94. Die erste und die zweite Fläche 90, 92 sind beide kreiszylindrische Flächen, deren Bögen konzentrisch zu dem Schwenkzentrum 74 sind. Die erste und die zweite Fläche 90, 92 sind konfiguriert, um die Drehung oder Verschwenkung der Wippe 30A zu führen und diese Verschwenkung auf einen Freiheitsgrad zu begrenzen.
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Wie oben kurz bemerkt, kontaktiert die Feder 34 die Fläche 78, wobei sie den Eingriffsarm 72 der Wippe 30A radial nach außen zu dem äußeren Laufring 14 hin drängt, so dass der Eingriffsarm 72 positioniert ist, um mit den Zähnen 40 in Eingriff zu gelangen und dagegen anzuliegen. Im Kontext der vorliegenden Anmeldung greift ein Eingriffsarm 72 und deshalb eine Wippe 30A, 30B an den Zähnen 40 an, wenn sich ein Abschnitt der Wippe 30A, 30B oder der Eingriffsarm 72 in einem radialen Abstand von der Achse befindet (in 2a bei 16 gezeigt), der ausreicht, um einen der Zähne 40 zu kontaktieren. Bei der abgebildeten Ausführungsform spannt die Feder 34 den Eingriffsarm 72 ausreichend radial nach außen vor, so dass sich bei Abwesenheit einer entgegenwirkenden Kraft der Eingriffsarm 72 in einen der Schlitze 41 erstreckt, die zwischen den Zähnen 40 des äußeren Laufrings 14 definiert sind.
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Jede Wippe 30A ist konfiguriert, um eine Drehung des äußeren Laufrings 14 bezüglich des inneren Laufrings 12 um die Achse 16 in einer ersten Richtung zuzulassen und eine Drehung des äußeren Laufrings 14 bezüglich des inneren Laufrings 12 um die Achse 16 in einer zweiten Richtung zu verhindern, wenn die Wippe 30A mit den Zähnen 40 des äußeren Laufrings 14 in Eingriff steht. Mit anderen Worten, die erste Vielzahl von Wippen 30A ist konfiguriert, um Drehmoment zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring 12, 14 in der zweiten Richtung zu übertragen und kein Drehmoment zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring 12, 14 in der ersten Richtung zu übertragen. Genauer ist jede Wippe 30A derart konfiguriert, dass dann, wenn sich der äußere Laufring 14 gegen den Uhrzeigersinn relativ zu dem inneren Laufring 12 dreht, einer der Zähne 40 die Fläche 76 jeder Wippe 30A kontaktiert. Die Orientierung der Fläche 76 und der Winkel, in dem der Zahn 40 die Fläche 76 kontaktiert, ist derart, dass der Zahn 40 eine Kraft auf die Fläche 76 aufbringt, die den Eingriffsarm 72 der Wippe 30A um die Schwenkachse 74 weg von dem äußeren Laufring 14 dreht, wobei die Feder 34 zusammengedrückt wird. Die Drehung des Eingriffsarms 72 läßt den Zahn 40 während der Relativdrehung des äußeren Laufrings bezüglich des inneren Laufrings in Richtung gegen den Uhrzeigersinn gleiten. Die Wippen 30A verhindern also nicht eine Drehung des äußeren Laufrings 14 bezüglich des inneren Laufrings 12 in Richtung gegen den Uhrzeigersinn. Idealerweise liegt das Schwenkzentrum oder die Achse 74 jeder Wippe 30A parallel zu der Achse 16.
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Unter Bezug auf 2d, wo gleiche Bezugsziffern die gleichen Komponenten von 1–2c bezeichnen, ist die Wippe 30A mit dem Eingriffsarm 72 abgebildet, der sich radial nach außen in den Schlitz 41 erstreckt. Wenn sich der äußere Laufring 14 bezüglich des inneren Laufrings 12 im Uhrzeigersinn erstreckt, kontaktiert ein Zahn 40 die Fläche 80 des Eingriffsarms 72. Die Orientierung der Fläche 80 und der Winkel, in dem der Zahn 40 die Fläche 80 kontaktiert, ist derart, dass der Zahn 40 eine Kraft F auf die Fläche 80 aufbringt, und die Fläche überträgt eine entsprechende Reaktionskraft auf den Zahn 40, die verhindert, dass sich der äußere Laufring 14 bezüglich des inneren Laufrings 12 im Uhrzeigersinn dreht.
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Wenn die Fläche 80 mit einem Zahn 40 in Kontakt steht, wird eine Reaktionskraft, die allgemein beispielhaft durch den Pfeil F2 in 2d dargestellt ist, auf die Fläche 92 von dem inneren Laufring 12 aufgebracht. Da das Drehzentrum der Fläche 92 bevorzugt an dem Schwenkzentrum 74 angeordnet ist, wird die Reaktionskraft F2 entlang der Fläche 92 verteilt und erzeugt kein Drehmoment, das dazu neigt, die Wippe 30A um das Schwenkzentrum 74 zu verschwenken. Optimal funktioniert die Fläche 90 als eine Führungsfläche – wenn die Wippe 30A mit einem Zahn 40 in Eingriff steht, wird bevorzugt keine Reaktionskraft auf die Fläche 90 aufgebracht.
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Die Fläche 94 ist konfiguriert, um die Drehung oder Verschwenkung der Wippe 30A entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn zu begrenzen. Ein Massenzentrum 96 der Wippe 30A kann in Beziehung zu dem Schwenkzentrum 74 derart angeordnet sein, dass die Zentrifugalkraft dazu neigt, die Wippe 30A entweder einzurücken oder auszurücken, je nachdem, ob die Tasche 28 und dadurch die relative Anordnung der Wippe 30A bezüglich des inneren Laufrings 12 oder des äußeren Laufrings 14 definiert ist.
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Wenden wir uns nun 2e zu, dann ist die Wippe 30B in Wechselwirkung mit dem inneren Laufring 12 und dem äußeren Laufring 14 abgebildet; die in 2e abgebildete Wippe 30B steht für alle aus der zweiten Vielzahl von Wippen 30B. Die Wippen 30B sind geometrisch im wesentlichen identisch mit den Wippen 30A, abgesehen von ihrer Orientierung bezüglich des inneren und des äußeren Laufrings 12, 14. Genauer sind die Wippen 30B derart orientiert, dass jede Wippe 30B die Drehung des äußeren Laufrings 14 bezüglich des inneren Laufrings 12 in der zweiten Richtung zuläßt (z. B. im Uhrzeigersinn) und die Drehung des äußeren Laufrings 14 bezüglich des inneren Laufrings 12 in der ersten Richtung (z. B. gegen den Uhrzeigersinn) verhindert, wenn die Wippe 30B mit den Zähnen 40 des äußeren Laufrings 14 in Eingriff steht. Mit anderen Worten, die Wippen 30B sind konfiguriert, um Drehmoment zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring 12, 14 in der ersten Richtung zu übertragen und kein Drehmoment zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring 12, 14 in der zweiten Richtung zu übertragen, wenn die Wippen 30B mit den Zähnen 40 in Eingriff stehen.
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Die Feder 34 spannt den Eingriffsarm 72 der Wippe 30B in den Schlitz 41 und in Eingriff mit den Zähnen 40 vor. Wenn sich der äußere Laufring 14 bezüglich des inneren Laufrings 12 gegen den Uhrzeigersinn dreht, kontaktiert einer der Zähne 40 die Fläche 80 der Wippe 30B, und die Drehung des äußeren Laufrings 14 bezüglich des inneren Laufrings 12 gegen den Uhrzeigersinn wird auf die gleiche Weise verhindert, wie die Wippen 30A die Drehung des äußeren Laufrings 14 im Uhrzeigersinn verhindern. Wenn sich der äußere Laufring 14 bezüglich des inneren Laufrings 12 im Uhrzeigersinn dreht, kontaktieren die Zähne 40 die Fläche 76 die Wippe 30B derart, dass die Wippe 30B schwenkt und zuläßt, dass die Zähne über die Fläche 76 gleitet, wodurch die Drehung des äußeren Laufrings 14 bezüglich des inneren Laufrings 12 im Uhrzeigersinn zugelassen wird.
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Unter Bezug auf 3a und 3b, wo gleiche Bezugsziffern die gleichen Komponenten aus 1–2e bezeichnen, ist der Selektorring 20 selektiv in axialer Richtung aus der (in 2a und 2b gezeigten) ersten Position in die in 3a und 3b gezeigte zweite Position übersetzbar. Befindet er sich in der zweiten Position, dann läßt der Selektorring 20 zu, dass die erste Vielzahl von Wippen 30A mit den Zähnen 40 des äußeren Rings 14 sowohl in der ersten als auch der zweiten Richtung in Eingriff gelangt. Die Funktion der Wippen 30A ist also identisch, wenn sich der Selektorring 20 entweder in der ersten oder der zweiten Position befindet. Wenn sich der Selektorring 20 jedoch in der zweiten Position befindet, 2a, dann ist der Körperabschnitt 50 des Selektorrings 20 radial zwischen der zweiten Vielzahl von Wippen 30B und dem äußeren Laufring 14 positioniert, wodurch der Eingriff der Wippen 30B mit den Zähnen des äußeren Laufrings 14 verhindert ist.
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Genauer und unter Bezug auf 3c bewirkt die Bewegung des Rings 20 aus der ersten in die zweite Position, dass der Körperabschnitt 50 die Fläche 76 der Wippe 30B kontaktiert und der Vorspannung der Feder 34 entgegenwirkt, wodurch die Wippe 30B außer Eingriff mit den Zähnen 40 des äußeren Laufrings verschwenkt wird. Mit anderen Worten, der Selektorring 20 hält die Wippen 30B in einer eingezogenen Position, in welcher sich kein Teil der Wippen 30B ausreichend radial nach außen erstreckt, um die Zähne 40 oder die Kerben 41 zu kontaktieren oder anders mit ihnen in Wechselwirkung zu treten, wenn er sich in der zweiten Position befindet.
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Befindet sich also der Selektorring 20 in der zweiten Position, verhindern die Wippen 30A die Drehung des äußeren Laufrings 14 in Richtung CW im Uhrzeigersinn, und die Wippen 30B gelangen nicht mit den Zähnen in Eingriff, wodurch sie den äußeren Laufring relativ zu dem inneren Laufring 12 in Richtung CCW gegen den Uhrzeigersinn drehen lassen. Die Fähigkeit der Kupplungsanordnung 10, Drehmoment zwischen dem ersten und dem zweiten Laufring 12, 14 in einer Richtung zu übermitteln, ist durch Drehen des Selektorelements 20 selektiv variabel. Die Bewegung des Selektorelements 20 aus der ersten Position, z. B. 2a–2e, in die zweite Position, z. B. 3a–3c bewirkt, dass sich die Drehmomentführfähigkeit der Kupplungsanordnung 10 von zweidirektional zu eindirektional ändert.
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Unter Bezug auf 4 ist schematisch abgebildet, dass die Kupplungsanordnung 10 von 1–3c in einem Fahrzeug eingebaut ist, das allgemein als 102 dargestellt ist, und zwar als Teil einer Triebstrangkomponente 106, die z. B. ein Doppelkupplungsgetriebe (DCT), ein Hybridtriebstrang, ein Handschaltgetriebe, ein Automatikgetriebe, ein Maschinenhilfsantrieb usw., sein kann und im folgenden ausführlich beschrieben wird. Der innere Laufring 12 ist bezüglich eines stationären Elements 112 wie einem Getriebegehäuse oder einer Rückenplatte, einem Fahrwerk oder dem Fahrzeugaufbau angebracht, um die Drehung des inneren Laufrings 12 bezüglich des stationären Elements 112 zu verhindern. Der äußere Laufring 14 ist bezüglich eines drehbaren Elements, das allgemein als 117 dargestellt ist, zur Drehung damit angebracht. Bei der in 4 abgebildeten Ausführungsform ist das drehbare Element 117 bevorzugt ein Element eines Planetengetriebes 116. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Struktur von 4 beschränkt, wobei das drehbare Element z. B. ein Bereichsrad in einem (nicht gezeigten) Ausgleichswellengetriebe oder ähnliches sein.
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Ein Stellglied 124 wie ein hydraulisch oder pneumatisch betätigter Kolben, ein Elektromagnet oder ähnliches ist bezüglich des stationären Elements 112 angebracht. Das Stellglied 124 ist wirksam mit der Andrückplatte 22 verbunden und konfiguriert, um selektiv den Selektorring 20 relativ zu dem stationären Element 112 zwischen der ersten gezeigten Position und der (in 4 als 22A gestrichelt veranschaulichten) über die Translation von Stiften 62 in Führungsschlitzen 44 zu verlegen, wie dies oben bezüglich 2b und 3b erörtert wurde.
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Eine Rückholfeder 128 verbindet das stationäre Element 112 und den Selektorring 20 wirksam miteinander, um den Selektorring 20 in der ersten Position vorzuspannen. Alternativ kann die Rückholfeder 128 das stationäre Element 112 und die Andrückplatte 22 miteinander verbinden, um den Selektorring 20 in der ersten Position vorzuspannen. Als eine weitere Alternative kann die Rückholfeder 128 konfiguriert sein, um den Selektorring 20 in der zweiten Position vorzuspannen.
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Der Selektorring 20 ist bei der Drehung bezüglich des stationären Elements 112 und deshalb bezüglich des inneren Laufrings 12 begrenzt, wie durch seine Verbindung mit der Andrückplatte 22 über Stifte 62 und Führungsschlitze 44 von 1, so dass die Fenster 42 des Selektorrings 20 jeweils ihre Ausrichtung mit einer Wippe 30 aufrechterhalten. Die Andrückplatte 22 ist bezüglich des stationären Elements 112 verzahnt oder gekoppelt, wie über die (in 1 bei 54 gezeigten) Zähne, so dass die Andrückplatte 22 axial übersetzbar, aber nicht drehbar bezüglich des stationären Elements 112 und des inneren Laufrings 12 ist.
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Es sei bemerkt, dass dann, wenn das Stellglied 124 durch einen ungenügenden linearen Weg gekennzeichnet ist, um den Selektorring 20 zwischen der ersten und der zweiten Position zu bewegen, verschiedene (nicht gezeigte) lineare Wegverstärker verwendet werden können. Bei einer beispielhaften Ausführungsform können radial orientierte Hebel das Stellglied und den Ring miteinander verbinden. Alternativ kann anstelle eines Hebels eine einzige geschlitzte Scheibe verwendet werden. Die Scheibe kann auch als eine Kolbenrückstellfeder dienen, wenn sie aus einem elastischen Material gebildet ist.
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5 ist eine schematische, fragmentarische Querschnittsansicht eines Getriebes 206, die veranschaulicht, dass die erste und die zweite Wippenkupplung 210 und 210A an einer Eingangswelle 236 angebracht sind. Die erste und die zweite Wippenkupplung 210 und 210A arbeiten, um die Zahnräder 241 bzw. 241A im wesentlichen mit der Eingangswelle 236 des Getriebes 206 zu verriegeln, um verschiedene Übersetzungsverhältnisse vorzusehen. Das erste und das zweite Zahnrad 241, 241A sind bezüglich der Eingangswelle 236 durch ein erstes Lager und ein zweites Lager 243 bzw. 243A drehbar angebracht. Der erste und der zweite innere Laufring 212, 212A jeder Kupplung 210 bzw. 210A sind bevorzugt fest angebracht (z. B. über genutete Innenflächen ähnlich der Fläche 24 von 1) und bezüglich der Eingangswelle 236 koaxial orientiert.
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Der erste und der zweite äußere Laufring 214, 214A jeder Kupplung 210 bzw. 210A sind am Umfang um den ersten und den zweiten inneren Laufring 212 bzw. 212A angeordnet und damit bezüglich der Eingangswelle 236 koaxial orientiert. Ähnlich sind der erste und der zweite äußere Laufring 214, 214A bezüglich des ersten und des zweiten Zahnrades 214, 214A starr angebracht (z. B. über genutete Außenflächen ähnlich der Fläche 36 von 1). Der erste und der zweite innere Laufring 212, 212A definieren eine Vielzahl von Taschen 228 bzw. 228A, die jeweils konfiguriert sind, um eine erste und eine zweite Gruppe von Wippen 230 bzw. 230A zu halten. Die erste und die zweite Innenfläche 238, 238A der äußeren Laufringe 214 bzw. 214A definieren eine Vielzahl von Zähnen 240, 240A.
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Noch unter Bezug auf 5 kann der selektive Eingriff der Zahnräder 241 und 241A durch die Translationsbewegung einer Schaltgabel 250 durchgeführt werden, die gleitend an einer Welle 252 angebracht ist. Die Schaltgabel 250 wird mit einer Selektorhülse 254 in Eingriff gelangen, die drei axiale Positionen relativ zu den Wippenkupplungen 210 und 210A hat. Diese drei axialen Positionen werden von einem Rastmechanismus 256 aufrechterhalten. Der Rastmechanismus 256 umfasst eine Feder 258, die zu betrieben ist, um eine Kugel 260 vorzuspannen, die arbeitet, um mit einer ersten, zweiten und dritten Raste oder Ausnehmung 264 bzw. 266 und 268 in Eingriff gelangen, die an der Selektorhülse 254 ausgebildet sind. Die erste und die zweite Andrückplatte 222, 222A koppeln zusammenwirkend die Selektorhüse 254 an und sind zu betreiben, um selektiv mit dem ersten und dem zweiten Selektorring 220 bzw. 220A in Eingriff zu gelangen, die funktionieren, wie dies oben bezüglich der Andrückplatte 22 und dem Selektorring 20 beschrieben wurde.
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Durch Ausrichten oder Anordnen der Selektorhülse 254 in der Mittelposition, die der zweiten Raste 266 von 5 entspricht und bevorzugt die Standardposition der Selektorhülse 254 ist, sind beide Wippenkupplungen 210 und 210A in einem neutralen oder gelösten Zustand. Mit anderen Worten, wenn sich die Selektorhülse 254 in der Mittelposition/zweiten Raste 266 befindet, ist der erste Selektorring 220 positioniert, um wenigstens eine Wippe zu deaktivieren, die durch eine erste Gruppe von Wippen 230 definiert ist. Ähnlich ist dann, wenn sich die Selektorhülse 254 in der Mittelposition/zweiten Raste 266 befindet, ist der zweite Selektorring 220A positioniert, um wenigstens eine Wippe zu deaktivieren, die durch eine erste Gruppe von Wippen 230 definiert ist.
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Durch Schieben, Verstellen oder Übersetzen der Schaltgabel 250 nach rechts, z. B. nach dem Pfeil R in 5, wird die Selektorhülse 254 in die dritte Rastposition 268 gedrängt oder gezwungen und die erste und die zweite Andrückplatte 222, 222A axial nach rechts übersetzen. Wenn sich bei der Ausführungsform von 5 die Andrückplatten 222, 222A axial nach rechts verschieben, wird der erste Selektorring 220 gedreht (z. B. durch Verlegen des Stifts 62 innerhalb eines entsprechenden Schlitzes 44, vgl. 2a), um dadurch die erste Wippenkupplung 210 zu aktivieren oder einzurücken. Genauer können beide von den ersten Wippen 230 definierten Sätze von Wippen mit den Zähnen 240 des ersten äußeren Laufrings 214 in Eingriff gelangen (z. B. die erste und die zweite Vielzahl von Wippen 30A und 30B, die oben bezüglich 2a–2e beschrieben wurden). Der zweite Selektorring 220A wird jedoch nicht gedreht, wenn die Schaltgabel 250 nach rechts verschoben oder verstellt wird, und bleibt deshalb in einer neutralen Position.
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Noch unter Bezug auf 5 wird die Selektorhülse 254 durch Schieben, Verstellen oder Übersetzen der Schaltgabel 250 nach links, z. B. nach dem Pfeil L, in die erste Rastposition 264 gedrängt oder gezwungen und die erste und die zweite Andrückplatte 222, 222A axial nach links übersetzen. Demnach wird der zweite Selektorring 220A gedreht (z. B. durch Verlegen des Stifts 62 innerhalb eines entsprechenden Schlitzes 44, vgl. 2a), um dadurch die zweite Wippenkupplung 210A zu aktivieren oder einzurücken. Genauer können beide von den zweiten Wippen 230A definierten Sätze von Wippen mit den Zähnen 240A des zweiten äußeren Laufrings 214A in Eingriff gelangen (z. B. die erste und die zweite Vielzahl von Wippen 30A und 30B, die oben bezüglich 2a–2e beschrieben wurden). Der erste Selektorring 220 wird jedoch nicht gedreht, wenn die Schaltgabel 250 nach rechts verschoben oder verstellt wird, und bleibt deshalb in einer neutralen Position.
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6 ist eine schematische, fragmentarische Querschnittsansicht eines Doppelkupplungsgetriebes (oder DCT) 306, das eine Vielzahl von selektiv in Eingriff bringbaren Einwegwippenkupplungsanordnungen verwendet, die bezüglich einer ersten Eingangswelle 336 angebracht sind, hier dargestellt durch die erste und die dritte Wippenkupplung 310 bzw. 310A. Außerdem sind eine Vielzahl von selektiv in Eingriff bringbaren Einwegwippenkupplungsanordnungen bezüglich der zweiten Eingangswelle 336A angebracht, hier dargestellt durch die zweite und die vierte Wippenkupplung 310B bzw. 310C. Die Verwendung der Einwegwippenkupplungsanordnungen 310, 310A, 310B, 310C innerhalb des DCT 306 wird idealerweise das Kontrollschema der ersten und der zweiten Getriebeeingangskupplungen 372 und 372A vereinfachen, was im folgenden beschrieben wird.
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Bevorzugt sind die erste und die dritte Einwegwippenkupplung 310, 310A bezüglich der ersten Eingangswelle 336 fest angebracht, die auf drehbare Weise einen ersten und einen dritten Radsatz 376 bzw. 376A stützt, die hier auch kumulativ als ungeradzahlige Radsätze bezeichnet sind. Ähnlich sind die zweite und die vierte Einwegwippenkupplung 310B, 310C bevorzugt bezüglich der zweiten Eingangswelle 336A fest angebracht, die auf drehbare Weise einen zweiten und einen vierten Radsatz 376B bzw. 376C stützt, die hier auch kumulativ als geradzahlige Radsätze bezeichnet sind. Außerdem muss zum Übertragen von Drehmoment von einer Maschine 377 zu dem DCT 306 über eine Maschinenausgangswelle 379 wenigstens eine der ersten und der zweiten Eingangskupplungen 372 bzw. 372A wirksam eingerückt sein.
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Die Schaltoperation des DCT 306 kann am besten wie folgt verstanden werden: im ersten Gang (der bevorzugt einem ersten Vorwärtsgeschwindigkeitsverhältnis entspricht) wird die erste Einwegwippenkupplungsanordnung 310 eingerückt, um den ersten Radsatz 376 mit der ersten Eingangswelle 336 zu verriegeln oder zu verbinden, wodurch das erforderliche Übersetzungsverhältnis zu der Getriebeausgangswelle 378 vorzusehen. In analoger Funktion zu dem ersten Vorwärtsgeschwindigkeitsverhältnis ist die zweite Einwegwippenkupplungsanordnung 310B zu betreiben, um den zweiten Radsatz 376B, der dem zweiten Vorwärtsbereich entspricht, mit der zweiten Eingangswelle 336A zu verriegeln, in Eingriff zu bringen oder zu verbinden.
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Die Vielzahl von in 6 abgebildeten wählbaren Einwegwippenkupplungen, z. B. 310, 310A, 310B, 310C werden über die Translationsbewegung der entsprechenden ersten und dritten Schaltgabel 350, 350A, die gleitend an einer ersten Welle 352 angebracht sind, und der entsprechenden zweiten und vierten Schaltgabel 350B, 350C, die gleitend an einer ersten Welle 352 angebracht sind, eingerückt/aktiviert oder ausgerückt/gelöst, die synonym zu der oben bezüglich 5 beschriebenen Schaltgabel 250 funktionieren. Insbesondere gelangen die Schaltgabeln 350, 350A, 350B, 350C mit den entsprechenden Selektorhülsen 354, 354A, 354B, 354C in Eingriff, um über die Andrückplatten 322 bzw. 322A, 322B, 322C zusammenwirkend die passenden Selektorringe 320, 320A, 320B, 320C anzukoppeln und zu verlegen.
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Insbesondere kann die zweite Wippenkupplung 310B von 6 mit dem zweiten Radsatz 376B in Eingriff gelangen, während der erste Radsatz 376 eingerückt ist. Die zweite Eingangskupplung 372B muss jedoch während dieser Vorwahloperation ausgerückt sein (d. h. deaktiviert, so dass kein Drehmoment von der Maschine 377 zu der zweiten Eingangswelle übertragen wird), um eine Arretierung oder Blockierung des DCT 306 zu vermeiden. Vor dem Schalten zu dem zweiten Radsatz 376B bleibt die erste Wippenkupplungsanordnung 310 in Eingriff mit dem ersten Radsatz 376, aber ist auf einen „Freilauf”-Bereitschaftszustand eingestellt. Wenn die oben erwähnte Schaltung gewünscht wird, wird die zweite Eingangskupplung 372A eingerückt, und die erste Wippenkupplungsanordnung 310 wird auf „Freilauf” eingestellt. Ist die erste Wippenkupplungsanordnung 310 „im Freilauf”, dann ist ein Auskuppeln der ersten Eingangskupplung 372 während des Schaltens nicht notwendigerweise erforderlich, z. B. wird das Schalten des DCT 306 eine geringe Drehmomentunterbrechung bewirken und deshalb den Fahrzeugbedienern und Passagieren ein glattes Schaltgefühl vermitteln. Diese Charakteristik kann die Komplexität des Steuersystems für den Betrieb des DCT 306 reduzieren. Schaltvorgänge von dem zweiten Radsatz 376B zu dem dritten und dem vierten Radsatz 376A, 376C sowie Herunterschalten folgen einer ähnlichen Sequenz.
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Sehen wir uns nun 7 an, ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung eines beispielhaften Hybridtriebstrangsystems 400 mit einer Maschine 479, dem Hybridgetriebe 406 und einem Endantrieb 483. Bei der abgebildeten Ausführungsform kann die Maschine 479 eine fossile Brennstoffmaschine wie eine Dieselmaschine sein, die leicht dazu geeignet ist, ihren verfügbaren Leistungsausgang vorzusehen, der typischerweise mit einer konstanten Anzahl von Umdrehungen min–1 (RPM) geliefert wird.
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Das Hybridgetriebe 400 verwendet eine Vielzahl von wählbaren Einwegwippenanordnungen, die in 7 durch eine erste und eine zweite Wippenkupplungsanordnung 410 bzw. 410A in Verbindung mit einem oder mehreren Generatoren oder Motoren dargestellt sind, die in 7 durch einen ersten und einen zweiten Motor/Generator 482 und 482A dargestellt sind. Das Hybridgetriebe 406 verwendet eine Vielzahl von Differentialradsätzen, bevorzugt in Form von einem ersten und einem zweiten Planetengetriebe 416 und 416A, die selektiv durch die erste und die zweite Wippenkupplungsanordnung 410 und 410A in Eingriff gebracht werden können. Idealerweise ist der Stator des ersten Motors/Generators 482 an einem stationären Element oder Masse wie dem Getriebegehäuse 460 befestigt ist, während der Rotor des ersten Motors/Generators 482 z. B. über das Hohlradelement R an dem ersten Planetengetriebe 416 befestigt ist. Ähnlich ist der Stator des zweiten Motors/Generators 482A an dem Getriebegehäuse 460 befestigt, während der Rotor des zweiten Motors/Generators 482A z. B. über das Hohlradelement R2 an dem zweiten Planetengetriebe 416A befestigt ist.
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Bei der beispielhaften Ausführungsform von 7 verwendet das erste Planetengetriebe 416 ein äußeres Radelement, das typischerweise als das Hohlrad R bezeichnet ist. Das Hohlradelement R umschreibt ein inneres Radelement, das typischerweise als das Sonnenrad S bezeichnet ist. Ein Trägerelement C stützt drehbar eine (nicht gezeigte) Vielzahl von Planetenrädern, so dass jedes der Planetenräder kämmend sowohl an dem äußeren Hohlradelement R als auch an dem inneren Sonnenradelement S des ersten Planetengetriebes 416 eingreift.
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Ähnlich wie das erste Planetengetriebe 416 hat das zweite Planetengetriebe 416A auch ein äußeres Radelement wie das Hohlrad R2, das ein inneres Radelement wie das Sonnenradelement S2 umschreibt. Eine Vielzahl von (nicht gezeigten) Planetenrädern sind auch drehbar in einem Trägerelement C2 angebracht, so dass jedes Planetenradelement gleichzeitig und kämmend sowohl an dem äußeren Hohlradelement R2 als auch an dem inneren Sonnenradelement S2 des ersten Planetengetriebes 416 eingreift.
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Das Hybridtriebstrangsystem 400 wird mehrfache Betriebsarten gegebenenfalls mit höherem Systemwirkungsgrad ermöglichen. Die erste und die zweite Wippenkupplungsanordnung 410 und 410 werden verwendet, um die Auswahl von Betriebsarten des Hybridgetriebes 400 zu unterstützen. Das Schalten aus einer Betriebsart in eine andere ist aufgrund der minimalen Schlupfgeschwindigkeit über die Wippenkupplungsanordnungen 410, 410A synchron. Diese Konfiguration kann auch eine verbesserte Packung und geringere Drallverluste als herkömmliche Kupplungsmechanismen ergeben.
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Die erste Wippenkupplungsanordnung 410 kann anstelle einer herkömmlichen (nicht gezeigten) hydraulisch betätigten plattenartigen Kupplung in das Hybridgetriebe 400 integriert sein. Die Wippenkupplungsanordnungen 410 und 410A können hydraulische Stellglieder 488 bzw. 488 verwenden, um das Einrücken zu bewirken, wobei die Stellglieder 488 und 488A ähnlich wie die Stellglieder funktionieren, die für das hydraulische Einrücken einer plattenartigen Kupplung verwendet werden. Die hydraulischen Stellglieder 488 und 488A sind jedoch zu betreiben, um die Andrückplatten 420, 420A selektiv mit den Selektorringen 422 bzw. 422A in Eingriff zu bringen. Beispielsweise wird das hydraulische Stellglied 488 für Betriebsarten abgeregelt, die das Einrücken der ersten Wippenkupplungsanordnung 410 erfordern. Umgekehrt wird dann, wenn das hydraulische Stellglied 488 aufgeregelt ist, die erste Wippenkupplungsanordnung 410 „freilaufen”. Das gleiche Betriebsprinzip gilt für die zweite Wippenkupplungsanordnung 410A und das Stellglied 488A.
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Eine zusätzliche wählbare Einwegwippenkupplungsanordnung 410B innerhalb des Hybridgetriebes 400 ist ebenfalls in 7 gezeigt. Die zusätzliche Kupplung 410B ist zur Verwendung gedacht, um Verdrehungsfedern 490 zu umgehen, die innerhalb eines Dämpfers 491 angeordnet sind, wenn die Maschine 479 gestartet oder abgeschaltet wird. Bei dieser Ausführungsform wird ein hydraulisches Stellglied 494 die Einwegwippenkupplungsanordnung 410B einrücken und ausrücken. Der Dämpfer 491 arbeitet, um das Getriebe 400 gegen die Drehschwingungen zu isolieren, die durch die Zündimpulse der Maschine 479 bewirkt werden. Wenn jedoch die Maschine 479 abgeschaltet oder neu gestartet wird, wie beim Übergang in und aus dem elektrischen Modus, kann die Nachgiebigkeit des Dämpfers 491 dem Hybridgetriebe 400 eine Resonanz verleihen. Deshalb ist es günstig, die Federn 490 zu umgehen, wenn die Maschine 479 abgeschaltet oder neu gestartet wird. Die Wippenkupplungsanordnung 410 kann eine verbesserte Packung und geringere Drehmomentverluste als herkömmliche Kupplungsmechanismen ergeben.
