DE102007035128A1

DE102007035128A1 - Getriebe für zwei Drehmomentwege mit schaltbarem, radial verschiebbarem Freilauf und Bremse mit Flüssigkeitskupplung

Info

Publication number: DE102007035128A1
Application number: DE102007035128A
Authority: DE
Inventors: Jeffrey Copley Hemphill
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-08-18
Filing date: 2007-07-27
Publication date: 2008-02-21
Also published as: JP5250821B2; JP2008045751A; US20080045370A1; US8025603B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung beinhaltet im Allgemeinen ein Getriebe für ein Fahrzeug, wobei das Getriebe zwei Planetengetriebepaare zur voneinander unabhängigen Übertragung eines Drehmoments von einer Antriebswelle des Getriebes zu einem Abtrieb des Getriebes beinhaltet. In einem Gang des Getriebes ist das eine der Getriebepaare so angeordnet, dass es das Drehmoment zum Abtrieb überträgt, während das andere Getriebepaar frei läuft. Das Getriebe beinhaltet eine erste und eine zweite Bremse, um einen entsprechenden Teil der Planetengetriebepaare festzusetzen. Gemäß einigen Aspekten beinhaltet jedes der Planetengetriebepaare ein mit einer entsprechenden Bremse und dem Abtrieb verbundenes Planetengetriebe und Schalter steuern die Verbindung der Planetengetriebe mit der ersten und der zweiten Bremse. Gemäß einigen Aspekten beinhaltet jedes der Getriebepaare ein Planetengetriebe, das mit der Antriebswelle und den Schaltbaugruppen der Planetengetriebe verbunden werden kann.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Verbesserungen an einer rotatorisch angetriebenen Einheit (beispielsweise dem Automatikgetriebe in einem Motorfahrzeug). Insbesondere betrifft die Erfindung ein Getriebe für zwei Drehmomentwege unter Verwendung von zwei Planetengetriebepaaren und zwei Bremsen. Die Erfindung betrifft auch einen schaltbaren, radial verschiebbaren Freilauf, der durch hydraulischen Druck betätigt wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Bremse, die eine Flüssigkeitskupplung und eine Überbrückungskupplung in sich vereint, um das Rattern möglichst zu verringern.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In der Automobilindustrie wird die Notwendigkeit anerkannt, preiswerte Kraftfahrzeuggetriebe für einen geringeren Kraftstoffverbrauch und ein günstiges Startverhalten zu entwickeln und herzustellen. Ferner wird die Notwendigkeit anerkannt, dass es zur Optimierung des Schaltens in einem Getriebe wünschenswert ist, während eines Gangwechsels den Ausgangsgang vom Zielgang getrennt zu halten. Bekannt sind stufenlose Automatikgetriebe (constant velocity transmission = continually variable transmission, CVT). Diese Getriebe sind jedoch recht teuer. Bekannt sind Getriebe mit zwei Antriebswellen für die ungeraden bzw. geraden Gänge. Einige dieser Getriebe mit zwei Antriebswellen verwenden Schaltgetriebekomponenten. Allerdings überwiegen auf dem nordamerikanischen Automobilmarkt Automatikgetriebe und somit Automatikgetriebekomponenten, zum Beispiel Planetengetriebe, und es wäre aus Kostengründen unsinnig, für Getriebe mit zwei Antriebswellen die Produktion auf die Fertigung von Schaltgetriebekomponenten in ausreichenden Stückzahlen umzustellen.
Bekannt ist die Verwendung von Planetengetrieben in einem Getriebe mit zwei Antriebswellen; so werden zum Beispiel in den US-Patentschriften 6 837 823 und 7 004 881 entsprechende Getriebe mit einem Planetengetriebepaar beschrieben. Leider ist bei beiden Patentschriften die Abtriebswelle des Getriebes nur mit einem Planetengetriebe des Planetengetriebepaars verbunden, sodass der Ausgangsgang nicht vom Zielgang getrennt werden kann bzw. keine getrennten Drehmomentwege bereitgestellt werden können.
Bekannt sind schaltbare Freiläufe, wie sie zum Beispiel in der US-Patentschrift 6 409 001 beschrieben werden. Leider verwenden solche Kupplungen zusätzlich mechanische Komponenten wie beispielsweise Stifte, um die Schalt- und Überbrückungsfunktionen zu gewährleisten.
Nasskupplungen werden in verschiedenen Anwendungen zur Drehmomentübertragung verwendet, zum Beispiel in Bremsen zum Arretieren eines Planetengetriebes in einem Getriebe. Bei Nasskupplungen beeinflussen die Eigenschaften der Flüssigkeit im System, insbesondere der Reibungskoeffizient, die Funktion der Kupplung. Wünschenswert ist ein positiver Reibungsgradient während der gesamten Funktion einer Kupplung, um beim Einrücken der Kupplung das Rattern zu verhindern. Das heißt, der Reibungskoeffizient sollte beim Abnehmen der Gleitgeschwindigkeit auf null kleiner werden. Leider führt die Zersetzung der Flüssigkeit zu einem unerwünschten negativen Reibungsgradienten, das heißt, zu einem größer werdenden Reibungskoeffizienten beim Abnehmen der Gleitgeschwindigkeit auf null und folglich zum Rattern beim Einrücken der Bremse. Das häufigere Wechseln der Flüssigkeit stellt keine günstige Option dar, da sie für den Benutzer der Einrichtung mit der eingebauten Kupplung, zum Beispiel eines Fahrzeugs mit einem Getriebe mit der eingebauten Kupplung, mit Zeit- und Kostenaufwand und Unbequemlichkeit verbunden ist.
Somit besteht seit langem ein Bedarf an einem preiswerten Getriebe mit zwei Drehmomentwegen unter Verwendung von Automatikgetriebekomponenten wie beispielsweise Planetengetrieben. Außerdem besteht seit langem ein Bedarf an einem einfacher zu schaltenden Freilauf, der unter Verwendung von Bauelementen geschaltet werden kann, die bereits in einer Anwendung, zum Beispiel einem Getriebe, vorhanden sind. Ferner besteht seit langem ein Bedarf an einer Nasskupplung, welche die Auswirkungen von unerwünschten Änderungen des Reibungsgradienten auf ein Minimum reduzieren kann.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung umfasst im Allgemeinen ein Getriebe für ein Fahrzeug, wobei das Getriebe ein erstes und ein zweites Planetengetriebe mit zwei Antriebswellen beinhaltet. Das erste und das zweite Planetengetriebe mit zwei Antriebswellen sind so angeordnet, dass sie unabhängig voneinander ein Drehmoment von einer Antriebswelle des Getriebes zu einer Abtriebswelle des Getriebes übertragen. In einem Gang des Getriebes ist eines der beiden Planetengetriebe so angeordnet, dass es das Drehmoment zur Abtriebswelle überträgt, und das andere der beiden Planetengetriebe ist so angeordnet, dass es frei läuft. Das Getriebe beinhaltet eine erste und eine zweite Bremse, die so angeordnet sind, dass sie einen entsprechenden Teil des ersten bzw. zweiten Planetengetriebepaars mit einem feststehenden Teil verbindet.
Gemäß einigen Aspekten beinhalten das erste und das zweite Planetengetriebepaar ein erstes bzw. zweites Planetengetriebe, die mit der ersten bzw. zweiten Bremse verbunden sind. Gemäß einigen Aspekten beinhaltet das Getriebe einen ersten und einen zweiten Schalter zum Steuern der Verbindung zwischen dem ersten bzw. dem zweiten Planetengetriebe und der ersten bzw. der zweiten Bremse. Gemäß einigen Aspekten ist der erste Schalter so angeordnet, dass er in einer ersten Position ein Sonnenrad des ersten Planetengetriebes mit der ersten Bremse verbindet und in einer zweiten Position eine Verbindung zu einem Steg des ersten Planetengetriebes herstellt, und der zweite Schalter ist so angeordnet, dass er in einer dritten Position ein Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes mit der zweiten Bremse verbindet und in einer vierten Position eine Verbindung zu einem Steg des zweiten Planetengetriebes herstellt. Gemäß einigen Aspekten beinhalten der erste und der zweite Schalter mindestens einen ersten bzw. zweiten Freilauf. Gemäß einigen Aspekten sind das erste und das zweite Planetengetriebe mit der Abtriebswelle verbunden.
Gemäß einigen Aspekten beinhalten das erste und das zweite Planetengetriebepaar ein drittes bzw. ein viertes Planetengetriebe, die mit der Antriebswelle verbunden sein können. Gemäß einigen Aspekten beinhaltet das Getriebe eine dritte und eine vierte Schaltbaugruppe, um das Verbinden des dritten bzw. des vierten Planetengetriebes mit der Antriebswelle zu steuern. Gemäß einigen Aspekten sind ein Sonnenrad und ein Hohlrad des dritten Planetengetriebes bei einer ersten bzw. zweiten Stellung der dritten Schaltbaugruppe so angeordnet, dass sie mit der Antriebswelle verbunden sind, und ein Sonnenrad und ein Hohlrad des vierten Planetengetriebes sind bei einer ersten bzw. zweiten Stellung der vierten Schaltbaugruppe so angeordnet, dass sie mit der Antriebswelle verbunden sind. Gemäß einigen Aspekten beinhaltet die dritte und die vierte Schaltbaugruppe mindestens einen dritten bzw. vierten Freilauf. Gemäß einigen Aspekten sind das dritte und das vierte Planetengetriebe mit dem Abtrieb verbunden.
Die vorliegende Erfindung umfasst im Allgemeinen ein Getriebe für ein Fahrzeug, das ein erstes und ein zweites Planetengetriebepaar beinhaltet. Das erste und das zweite Planetengetriebepaar sind jeweils getrennt voneinander mit einem einzigen Abtrieb des Getriebes verbunden.
Die vorliegende Erfindung umfasst im Allgemeinen auch ein Getriebe für ein Fahrzeug, wobei das Getriebe einen ersten und einen zweiten voneinander getrennten Drehmomentpfad, der mit einem einzigen Abtrieb des Getriebes verbunden ist, und eine erste und eine zweite Bremse beinhaltet, die mit dem ersten bzw. dem zweiten Drehmomentpfad verbunden sind. Die erste und die zweite Bremse sind so angeordnet, dass sie das Drehmoment von der Antriebswelle des Getriebes zwischen dem ersten und dem zweiten Drehmomentpfad umschalten. Gemäß einigen Aspekten beinhaltet das Getriebe ein erstes und ein zweites Planetengetriebepaar, die im ersten bzw. im zweiten Drehmomentpfad angeordnet sind.
Die vorliegende Erfindung umfasst im Allgemeinen einen Freilauf, der einen Innenring und einen Außenring beinhaltet. Der eine der beiden Ringe, der Innenring oder der Außenring, ist so angeordnet, dass er durch radiales Verschieben drehfest mit dem jeweils anderen Ring verbunden wird. Gemäß einigen Aspekten ist der eine der beiden Ringe, der Innenring oder der Außenring, so angeordnet, dass er als Reaktion auf einen hydraulischen Druck radial verschoben wird. Durch die radiale Verschiebung wird eine Drehung des Innenrings und des Außenrings gegeneinander ermöglicht. Gemäß einigen Aspekten beinhaltet die Kupplung eine Vielzahl von Walzen zwischen dem Innenring und dem Außenring, die als Reaktion auf die radiale Verschiebung so verschoben werden, dass sie den Innenring und den Außenring drehfest miteinander verbinden. Gemäß einigen Aspekten bewirkt die radiale Verschiebung eine Drehung des Innenrings und das Außenrings gegeneinander, und die Walzen sind so angeordnet, dass sie als Reaktion auf die unterschiedliche Drehung verschoben werden.
Gemäß einigen Aspekten beinhalten der Innenring und der Außenring eine äußere bzw. eine innere Umfangsfläche, die Innenfläche und die Außenfläche beinhalten jeweils eine Vielzahl von Schrägen, und die Walzen werden als Reaktion auf die zweite unterschiedliche Drehung gegenüber der Vielzahl von Schrägen verschoben. Gemäß einigen Aspekten ist der jeweils andere der beiden Ringe drehfest mit einem Drehmomentübertragungselement verbunden. Vor der radialen Verschiebung ist der eine der beiden Ringe so angeordnet, dass er gleitend mit einem Drehmomentaufnahmeelement verbunden ist, und das Drehmomentaufnahmeelement ist in seiner Drehbewegung vom Drehmomentübertragungselement getrennt. Als Reaktion auf die radiale Verschiebung wird der eine der beiden Ringe, der Innenring oder der Außenring, mit dem Drehmomentaufnahmeelement drehfest verbunden, und die Kupplung ist so angeordnet, dass sie das Drehmoment vom Drehmomentübertragungselement zum Drehmomentaufnahmeelement überträgt. Die drehfeste Verbindung mit dem Drehmomentaufnahmeelement ermöglicht eine dritte verschiedene Drehung zwischen dem Innenring und dem Außenring.
Gemäß einigen Aspekten sind der Innenring und der Außenring so angeordnet, dass sie sich in einer ersten Richtung drehen, oder der Innenring und der Außenring sind so angeordnet, dass sie sich in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung drehen. Gemäß einigen Aspekten ist der eine der beiden Ringe der Innenring, und die radiale Verschiebung ist radial nach innen gerichtet. Gemäß einigen Aspekten ist der eine der beiden Ringe der Außenring, und die radiale Verschiebung ist radial nach außen gerichtet.
Die vorliegende Erfindung umfasst im Allgemeinen auch einen Freilauf, der Folgendes beinhaltet: einen Innenring mit einer äußeren Umfangsfläche mit einer ersten Vielzahl von Schrägen, der so angeordnet ist, dass er eine Verbindung zu einem Drehmomentübertragungselement herstellt; einen Außenring mit einer inneren Umfangsfläche mit einer zweiten Vielzahl von Schrägen, der so angeordnet ist, dass er sich als Reaktion auf einen hydraulischen Druck ausdehnt, um eine Verbindung zu einem Drehmomentaufnahmeelement herzustellen und als Reaktion auf die radiale Ausdehnung eine geringfügige Drehung gegenüber dem Innenring auszuführen; und eine Vielzahl zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordneter Walzen, die als Reaktion auf die geringfügige Drehung entlang der ersten und der zweiten Vielzahl von Schrägen verschoben werden, um den Innenring und den Außenring drehfest miteinander zu verbinden.
Ferner umfasst die vorliegende Erfindung im Allgemeinen eine Bremse, die eine Flüssigkeitskupplung mit einem ersten und einem zweiten Gehäuse mit einer ersten bzw. einer zweiten Vielzahl von Schaufeln und eine erste Anfahrnasskupplung beinhaltet. Das zweite Gehäuse ist so angeordnet, dass es gegenüber dem ersten Gehäuse verschoben wird, um die Bremse zu betätigen. Durch die axiale Verschiebung wird eine Klemmkraft erzeugt, welche die erste Kupplung schließt. Gemäß einigen Aspekten beinhaltet die Bremse eine Drehachse, und die erste Kupplung ist gegenüber der Kupplung radial näher an der Drehachse angeordnet. Gemäß einigen Aspekten beinhaltet die Bremse eine zweite Anfahrnasskupplung, die gegenüber der Kupplung radial weiter von der Drehachse entfernt ist.
Gemäß einigen Aspekten ist das erste Gehäuse an einem feststehenden Teil arretiert, und das zweite Gehäuse ist mit einem gegenüber dem feststehenden Teil drehbaren Element verbunden. Gemäß einigen Aspekten ist das drehbare Element so angeordnet, dass es ein Drehmoment überträgt, und die Flüssigkeitskupplung nimmt während eines Anfahrvorgangs im Wesentlichen das gesamte Drehmoment auf, wobei ein Teil des durch die Kupplung übertragenen Drehmoments einem axialen Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuse proportional ist. Gemäß einigen Aspekten wirkt die Kupplung während eines Anfahrvorgangs einem negativen Reibungsgradienten der Kupplung entgegen. Die Bremse beinhaltet Öl, und gemäß einigen Aspekten geht der negative Reibungsgradient mit einer Zersetzung des Öls einher. Die Bremse beinhaltet ein Stellglied zum Verschieben des zweiten Gehäuses. Gemäß einigen Aspekten dient ein Elektromotor als Stellglied.
Die vorliegende Erfindung umfasst im Allgemeinen eine Bremse, die eine Flüssigkeitskupplung mit einem ersten arretierten Gehäuse und einem gegenüber dem ersten Gehäuse axial verschiebbaren zweiten Gehäuse und eine Anfahrnasskupplung beinhaltet. Die Bremse ist so angeordnet, dass sie eine Verbindung zu einer drehbaren Einrichtung zum Übertragen eines Drehmoments herstellt, dass die Flüssigkeitskupplung während eines Anfahrvorgangs im Wesentlichen das gesamte Drehmoment aufnimmt und ein Teil des durch die Kupplung übertragenen Drehmoments einem axialen Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuse proportional ist und die Flüssigkeitskupplung eine Klemmkraft für die Kupplung erzeugt.
Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein kostengünstiges Getriebe mit zwei Drehmomentwegen unter Verwendung von Planetengetrieben bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Automatikgetriebe mit getrennten Drehmomentwegen für gerade und ungerade Gänge unter Verwendung von Planetengetrieben und Bremsen bereitzustellen.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen schaltbaren Freilauf bereitzustellen, der durch einen Flüssigkeitsdruck gesteuert werden kann.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Freilauf bereitzustellen, der als Reaktion auf eine geringfügige Drehung zwischen Ringen der Kupplung verriegelt werden kann.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Bremse mit einer Flüssigkeitskupplung und einer Überbrückungskupplung bereitzustellen, mit der die Reibungseigenschaften von zersetztem Öl kompensiert werden.
Diese sowie weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsarten der Erfindung und aus den beiliegenden Zeichnungen und Ansprüchen klar.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Das Wesen und die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung werden nun ausführlich in der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Figuren beschrieben, wobei:
1A eine perspektivische Ansicht eines Zylinderkoordinatensystems ist, das die in der vorliegenden Erfindung verwendeten räumlichen Begriffe darstellt;
1B eine perspektivische Ansicht eines Objekts in dem Zylinderkoordinatensystem von 1A ist, das die in der vorliegenden Erfindung verwendeten räumlichen Begriffe darstellt;
2 ein Stabdiagramm eines Getriebes gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
3 eine Querschnittsansicht eines sich radial ausdehnenden schaltbaren Freilaufs gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
4A eine Einzelheit der in 3 gezeigten Kupplung im getrennten Modus darstellt;
4B eine Einzelheit der in 3 gezeigten Kupplung im Überbrückungsmodus darstellt;
4C eine Einzelheit der in 3 gezeigten Kupplung im Überbrückungsmodus in einer der 4B entgegengesetzten Richtung darstellt;
5 eine Querschnittsansicht eines radial schrumpfenden schaltbaren Freilaufs ist;
6 eine Teilquerschnittsansicht einer Bremse gemäß der vorliegenden Erfindung mit Flüssigkeitskupplung ist;
7 eine Teilquerschnittsansicht entlang der Schnittlinie 7-7 in 6 ist;
8 ein Diagramm ist, das den Reibungskoeffizienten als Funktion der Rutschgeschwindigkeit einer Bremse gemäß der vorliegenden Erfindung mit Flüssigkeitskupplung zeigt;
9A eine Teilquerschnittsansicht des in 2 gezeigten Getriebes mit Freilaufeinheiten gemäß der vorliegenden Erfindung und Bremsen gemäß der vorliegenden Erfindung mit Flüssigkeitskupplung ist; und
9B eine Querschnittsansicht des Bereichs 9B in 9A ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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 angesehenen Aspekte beschrieben wird, sollte klar sein, dass die beanspruchte Erfindung nicht auf die beschriebenen Aspekte beschränkt ist.
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 Aspekte dienen und nicht als Einschränkung des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung zu verstehen sind, der nur durch die angehängten Ansprüche eingeschränkt wird.
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.
1A ist eine perspektivische Ansicht eines Zylinderkoordinatensystems 80, das die in der vorliegenden Erfindung verwendeten räumlichen Begriffe darstellt. Die vorliegende Erfindung wird zumindest teilweise in Verbindung mit einem Zylinderkoordinatensystem beschrieben. Das System 80 weist eine Längsachse 81 auf, die als Bezug für die folgenden Richtungs- und räumlichen Begriffe dient. Die Attribute „axiale", „radial" und „Umfangs-" beziehen sich auf eine Ausrichtung parallel zur Achse 81, zum Radius 82 (der senkrecht zur Achse 81 ist) bzw. zum Umfang 83. Die Attribute „axial", „radial" und „Umfangs-" beziehen sich auch auf eine Ausrichtung parallel zu entsprechenden Ebenen. Zur Verdeutlichung der Lage verschiedener Ebenen dienen die Objekte 84, 85 und 86. Die Fläche 87 des Objekts 84 bildet eine axiale Ebene. Das heißt, die Achse 81 bildete entlang der Fläche eine Linie. Die Fläche 88 des Objekts 85 bildet eine radiale Ebene. Das heißt, der Radius 82 bildet entlang der Fläche eine Linie. Die Fläche 89 des Objekts 86 bildet eine Umfangsfläche. Das heißt, der Umfang 83 bildet entlang der Fläche eine Linie. Ein weiteres Beispiel zeigt, dass eine axiale Bewegung oder Lage parallel zur Achse 81 verläuft, eine radiale Bewegung oder Lage parallel zum Radius 82 verläuft und eine Umfangsbewegung oder Lage auf dem Umfang parallel zum Umfang 83 verläuft. Eine Drehung erfolgt in Bezug auf die Achse 81.
Die Attribute „axial", „radial" und „Umfangs" beziehen sich auf eine Ausrichtung parallel zur Achse 81, zum Radius 82 bzw. zum Umfang 83. Die Attribute „axial", „radial" und „Umfangs-" beziehen sich auch auf eine Ausrichtung parallel zu entsprechenden Ebenen.
1B ist eine perspektivische Ansicht des Objekts 90 im Zylinderkoordinatensystem 80 von 1A, welches die in der vorliegenden Anmeldung gebrauchten räumlichen Begriffe darstellt. Das zylindrische Objekt 90 ist repräsentativ für ein zylindrisches Objekt in einem Zylinderkoordinatensystem und keineswegs als Einschränkung der vorliegenden Erfindung zu verstehen. Das Objekt 90 beinhaltet eine axiale Fläche 91, eine radiale Fläche 92 und eine Umfangsfläche 93. Die Fläche 91 ist Teil einer axialen Ebne, die Fläche 92 ist Teil einer radialen Ebene, und die Fläche 93 ist Teil einer Umfangsfläche.
2 ist ein Stabdiagramm eines Getriebes 100 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Getriebe 100 beinhaltet Planetengetriebepaare 112 und 114 zur voneinander unabhängigen Übertragung eines Drehmoments von einer Antriebswelle 116 zu einer Abtriebswelle 118 des Getriebes. In 2 ist der Abtrieb mit einem Differenzial 119 eines Vorderradantriebs verbunden. Es sollte jedoch klar sein, dass das Getriebe 100 auch in Verbindung mit einem Hinterradantrieb verwendet werden kann. Ferner wird im Folgenden beschrieben, dass das Getriebe 100 zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle Ober zwei voneinander getrennte oder unabhängige Drehmomentwege verfügt. Zum Beispiel ist jedes der Getriebe 112 und 114 unabhängig vom anderen mit dem Antrieb und dem Abtrieb verbunden. Deshalb überträgt bei einem bestimmten Gang im Getriebe eines der Getriebe 112 und 114 ein Drehmoment, während das andere Getriebe kein Drehmoment überträgt. Die Welle 116 ist mit dem Motor 120 eines (nicht gezeigten) Fahrzeugs verbunden. Das Getriebe 100 beinhaltet auch Bremsen 122 und 124, um eine entsprechende Komponente des Planetengetriebepaars 112 bzw. 114 mit einem feststehenden Teil zu verbinden. Die Getriebe 112 und 114 sind so angeordnet, dass sie als Reaktion auf das oben beschriebene Verbinden der entsprechenden Komponenten mit dem feststehenden Teil ein Drehmoment übertragen.
Das Planetengetriebepaar 112 beinhaltet Planetengetriebe 126 und 128, und das Planetengetriebepaar 114 beinhaltet Planetengetriebe 130 und 132. Die Getriebe 128 und 132 sind mit den Bremsen 122 bzw. 124 verbunden. Das Getriebe 100 beinhaltet auch Schalter 134 und 136 zum Steuern der Verbindung zwischen den Planetengetrieben 128 und 132 sowie den Bremsen 122 bzw. 124. Der Schalter 134 verbindet in Position 140 den Steg 138 des Getriebes 128 und in Position 144 das Sonnenrad 142 des Getriebes 128 mit der Bremse 122. Auf ähnliche Weise verbindet der Schalter 136 den Steg 146 und das Sonnenrad 148 des Getriebes 132 in Position 150 bzw. 152 mit der Bremse 124.
Die Verbindung der Getriebe 126 und 130 mit der Antriebswelle kann gesteuert werden. Das Getriebe 100 beinhaltet Schalter 154 und 156 zum Steuern der Verbindung zwischen den Getrieben 126 und 130 und der Antriebswelle. Der Schalter 154 verbindet in Position 160 das Sonnenrad 158 und in Position 164 das Hohlrad 162 des Getriebes 126 mit der Welle. Auf ähnliche Weise verbindet der Schalter 156 das Sonnenrad 166 und das Hohlrad 168 des Getriebes 130 in Position 170 bzw. 172 mit der Welle.
Für den ersten Gang wählt der Schalter 154 die Position 160 und der Schalter 134 die Position 140, und die Bremse 124 ist offen. Da die Bremse 124 offen ist, ist das Getriebe 114 nicht eingekuppelt. Die Bremse 122 ist geschlossen und kuppelt das Getriebe 112, insbesondere den Steg 138 und das Hohlrad 162, ein, und das Drehmoment wird von der Welle 116 über das Sonnenrad 158 und den Steg 174 zum Abtrieb 118 übertragen. Für den zweiten Gang ist die Bremse 122 offen, der Schalter 156 wählt die Position 170 und der Schalter 136 die Position 150. Da die Bremse 122 öffnet, wird das Getriebe 122 ausgekuppelt. Die Bremse 124 ist geschlossen, kuppelt das Getriebe 114, insbesondere den Steg 146 und das Hohlrad 168, ein, und das Drehmoment wird von der Welle 116 über das Sonnenrad 166 zum Steg 176 und zum Abtrieb 118 übertragen. Zum Schalten in den dritten Gang wählt der Schalter 154 die Position 160 und der Schalter 134 die Position 144, und die Bremse 124 wird geöffnet. Die Bremse 122 ist geschlossen und kuppelt das Getriebe 112, insbesondere das Sonnenrad 142, ein, und das Drehmoment wird von der Welle 116 über das Sonnenrad 158 und das Getriebe 126 zum Getriebe 128 und zum Hohlrad 178 weiter zum Abtrieb 118 übertragen.
Somit stellen sich die Schaltzustände für die Gänge im Getriebe wie folgt dar: Erster Gang: Bremse 122 geschlossen, Bremse 124 offen, Schalter 134 in Position 140 und Schalter 154 in Position 160. Zweiter Gang: Bremse 122 offen, Bremse 124 geschlossen, Schalter 136 in Position 150 und Schalter 156 in Position 170. Dritter Gang: Bremse 122 geschlossen, Bremse 124 offen, Schalter 134 in Position 144 und Schalter 154 in Position 160. Vierter Gang: Bremse 122 offen, Bremse 124 geschlossen, Schalter 136 in Position 152 und Schalter 156 in Position 170. Fünfter Gang: Bremse 122 geschlossen, Bremse 124 offen, Schalter 134 in Position 144 und Schalter 154 in Position 164. Sechster Gang: Bremse 122 offen, Bremse 124 geschlossen, Schalter 136 in Position 152 und Schalter 156 in Position 172. Rückwärtsgang: Bremse 122 offen, Bremse 124 geschlossen, Schalter 136 in Position 150 und Schalter 156 in Position 179.
Es sollte klar sein, dass andere Anordnungen der Bremsen, Schalter und Getriebe in Geist und Geltungsbereich der beanspruchten Erfindung enthalten sind.
3 ist eine Querschnittsansicht eines sich radial ausdehnenden schaltbaren Freilaufs 300A gemäß der vorliegenden Erfindung.
4A ist eine Einzelheit des in 3 gezeigten Freilaufs 300A im getrennten Modus.
4B ist eine Einzelheit des in 3 gezeigten Freilaufs 300A im eingekuppelten Modus. Die folgende Beschreibung ist in Verbindung mit den 3 bis 4B zu sehen. Die 3 bis 4B sind zum besseren Verständnis ohne Schraffur dargestellt. Ein Freilauf gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet einen Innenring und einen Außenring. Einer der beiden Ringe ist so beschaffen, dass er durch eine radiale Verschiebung drehfest mit dem anderen der beiden Ringe, dem anderen Innenring oder dem anderen Außenring, verbunden wird. Der Freilauf 300A beinhaltet einen Innenring 302 und einen radial verschiebbaren Außenring 304. Der Ring 304 ist so beschaffen, dass er sich als Reaktion auf einen hydraulischen Druck radial ausdehnt. Die radiale Ausdehnung ermöglicht einen Wechsel zwischen einem getrennten Modus und einem eingekuppelten Modus. Gemäß einigen Aspekten beinhaltet der Ring 304 eine Öffnung 306, durch welche die Ausdehnung ermöglicht wird. Das heißt, der Ring 304 ist geschlitzt. Gemäß einigen Aspekten beinhaltet der Freilauf 300A zwischen den Ringen angebrachte Walzen. Die Rotationsachsen 310 der Walzen sind auf die Längsachse 312 der Kupplung ausgerichtet. Im Allgemeinen ist der Ring 302 mit einer Drehmomentübertragungseinrichtung, zum Beispiel mit einer (nicht gezeigten) Antriebswelle, drehfest verbunden. Unter drehfest verbunden oder befestigt ist zu verstehen, dass der Ring und die Einrichtung so miteinander verbunden sind, dass sich die beiden Komponenten gemeinsam drehen, das heißt, die beiden Komponenten sind bezüglich der Drehung fest miteinander verbunden. Durch die drehfeste Verbindung der beiden Komponenten wird die Relativbewegung in anderen Richtungen nicht notwendigerweise eingeschränkt. Zum Beispiel können zwei drehfest miteinander verbundene Komponenten mittels einer Keilnutverbindung eine axiale Bewegung gegeneinander ausführen. Es sollte jedoch klar sein, dass eine drehfeste Verbindung nicht bedeutet, dass unbedingt eine Bewegung in anderen Richtungen vorliegen muss. Zum Beispiel können zwei drehfest miteinander verbundene Komponenten axial miteinander verbunden sein. Die obige Erläuterung der drehfesten Verbindung kann auch auf die folgenden Erörterungen angewendet werden. Gemäß einigen Aspekten dienen Keile 314 zum Verbinden des Rings 302 mit der Drehmomentübertragungseinrichtung. Es sollte jedoch klar sein, dass zum drehfesten Verbinden einer Kupplung gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Drehmomentübertragungseinrichtung, -komponente oder einem Drehmomentübertragungselement ein beliebiges in der Technik bekanntes Mittel verwendet werden kann.
Im Allgemeinen greift der Ring 304 in ein Drehmomentaufnahmeelement, zum Beispiel ein Planetengetriebe, ein. Vor der radialen Ausdehnung des Rings 304 ist dieser im getrennten Modus gleitend mit dem Aufnahmeelement verbunden. Das heißt, der Ring und das Element berühren sich, aber der Ring gleitet über die Fläche des Aufnahmeelements, ohne sich mit dem Element drehfest zu verbinden. Somit ist das Drehmomentaufnahmeelement bezüglich der Drehung vom Drehmomentaufnahmeelement getrennt. Das heißt, das Drehmoment wird nicht über die Kupplung, insbesondere über die Ringe 302 und 304, vom Drehmomentübertragungselement zum Drehmomentaufnahmeelement übertragen. Das Drehmomentaufnahmeelement kann in seiner Drehung arretiert sein, oder das Drehmomentaufnahmeelement kann sich drehen, wobei sich das Drehmomentaufnahmeelement in diesem Fall gegenüber dem Drehmomentübertragungselement frei dreht. Nach der radialen Ausdehnung stellt der Ring 304 eine drehfeste Verbindung zum Aufnahmeelement her. Das heißt, die Reibungskraft zwischen dem Ring und dem Aufnahmeelement reicht aus, um den Ring und das Element drehfest miteinander zu verbinden. Dann überträgt die Kupplung das Drehmoment vom Drehmomentübertragungselement zum Drehmomentaufnahmeelement.
Die äußere Umfangsfläche 316 des Rings 302 und die innere Umfangsfläche 318 des Rings 304 sind so gestaltet, dass eine geringfügige Drehung der Ringe 302 und 304 gegeneinander die Walzen 308 entlang den gestalteten Flächen verschiebt und dadurch die Ringe drehfest miteinander verbindet. Gemäß einigen Aspekten sind die Flächen 316 und 318 so gestaltet, dass sie Schrägen 320 bzw. 322 bilden. Die Walzen 308 sind zwischen benachbarten Schrägen angeordnet, zum Beispiel ist die Walze 308a zwischen den Schrägen 320a und 320b des Rings 302 und zwischen den Schrägen 322a und 322b des Rings 304 angeordnet. Im getrennten Modus wird das Drehmoment durch die Walzen vom Ring 302 zum Ring 304 übertragen. Da der Ring 304 über das Drehmomentaufnahmeelement gleitet, ohne in dieses einzugreifen, drehen sich der Ring 302 und der Ring 304 in derselben Richtung, zum Beispiel in Richtung 324, und mit derselben Drehzahl, das heißt, es gibt keine Drehzahlunterschiede zwischen den Ringen, und die Walzen bleiben zwischen benachbarten Schrägen zentriert. Im getrennten Modus ist der radiale Abstand 326 zwischen den Ringen am kleinsten.
Wenn auf den Freilauf 300A ein hydraulischer Druck ausgeübt wird, dehnt sich der Ring 304 radial aus und erhöht das Schleppmoment 304 zwischen dem Ring 304 und dem Drehmomentaufnahmeelement. Wenn das Schleppmoment größer als die Kräfte ist, welche die Walzen im getrennten Modus in der oben erwähnten Position halten, beginnt sich der Ring 304 langsamer als der Ring 302 zu drehen, das heißt, es kommt zu einer geringfügigen Drehung der Ringe untereinander. Mit anderen Worten, die radiale Ausdehnung des Rings 304 dient dazu, eine geringfügige Drehung zwischen dem Innenring und dem Außenring zu ermöglichen. Als Reaktion auf die radiale Ausdehnung verschieben sich die Walzen und verriegeln gemäß 4B den Innenring mit dem Außenring. Das heißt, die Walzen rollen die Schrägen hinauf, zum Beispiel auf die Schrägen 322a und 322b, drücken die Ringe 302 und 304 radial weiter auseinander und verursachen oder zumindest fördern die drehfeste Verbindung zwischen dem Ring 304 und dem Drehmomentaufnahmeelement. Somit werden die Walzen als Reaktion auf die unterschiedliche Drehung verschoben.
4C ist eine Einzelheit des in 3 gezeigten Freilaufs 300A im eingekuppelten Modus in einer der 4B entgegengesetzten Richtung. Die folgende Beschreibung ist in Verbindung mit den 3 bis 4C zu sehen. Gemäß einigen Aspekten sind die äußere Umfangsfläche 316 des Rings 302 und die innere Umfangsfläche 318 des Rings 304 so gestaltet, dass der Freilauf 300A in beiden Richtungen wirkt, das heißt, der Freilauf kann sowohl in Richtung 328 als auch in Richtung 324 im getrennten und im eingekuppelten Modus betrieben werden. Gemäß einigen Aspekten ermöglichen die Schrägen 320 und 322 den Betrieb in beiden Richtungen. Vor dem Ausdehnen des Rings 304 kann sich der Ring 302 in Richtung 324 oder in Richtung 328 drehen, und durch das Gleiten des Rings 304 auf dem Drehmomentaufnahmeelement können die Walzen 308 in der in 4A gezeigten Position bleiben. In 4C hat sich der Ring 204 radial ausgedehnt und eine unterschiedliche Drehung zwischen den Ringen bewirkt, wie sie für 4B beschrieben wurde. Als Reaktion auf die radiale Ausdehnung und unterschiedliche Drehung rollen die Walzen auf anderen Schrägen als in 4B hinauf, insbesondere auf den Schrägen 320b und 322a, drücken die Ringe 302 und 304 radial weiter auseinander und bewirken oder zumindest fördern die drehfeste Verbindung zwischen dem Ring 304 und dem Drehmomentaufnahmeelement in Richtung 328.
Somit kann der Freilauf 300A die Drehung in Richtung 324 oder 328 trennen und in Richtung 324 oder 328 verriegeln oder je nach der Gestaltung der Flächen 316 und 318, dem vom Drehmomentaufnahmeelement entgegengesetzten Widerstand und der Ausübung von hydraulischem Druck auf die Kupplung mit einer beliebigen Kombination von getrennter und verriegelter Drehung in Bezug auf die Richtungen 324 und 328 betrieben werden. Ferner werden alle diese Varianten durch dieselbe Gestaltung der Kupplung, zum Beispiel durch die in den 3 bis 4C gezeigte Gestaltung und denselben Druckkreislauf, ermöglicht, ohne weitere mechanische Komponenten zu verwenden oder die Komplexität zu erhöhen.
Der Freilauf 300A kann vom eingekuppelten Modus wieder in den getrennten Modus zurückversetzt werden, indem der hydraulische Druck abgebaut und der Widerstand des Aufnahmeelements verringert wird, z.B. dadurch, dass das Aufnahmeelement aus dem Drehmomentübertragungsweg genommen wird. Der hydraulische Druck kann durch ein beliebiges in der Technik bekanntes (nicht gezeigtes) Mittel ausgeübt werden, zum Beispiel mit einer Flüssigkeit, die durch eine Pumpe einem rotierenden Schieberventil und einem Führungsrohr in einer Welle zugeführt wird.
5 ist eine Querschnittsansicht eines schaltbaren Freilaufs 300B gemäß der vorliegenden Erfindung. Die folgende Beschreibung ist in Verbindung mit den 3 bis 5 zu sehen. Der Freilauf 3008 beinhaltet einen Außenring 352 und einen radial verschiebbaren Innenring 354. Der Ring 354 ist so beschaffen, dass er als Reaktion auf einen hydraulischen Druck radial schrumpft. Die radiale Schrumpfung ermöglicht ein Umschalten zwischen einem getrennten Modus und einem eingekuppelten Modus. Gemäß einigen Aspekten beinhaltet der Ring 354 eine Öffnung 356 auf dem Umfang, um ein radiales Schrumpfen zu ermöglichen. Das heißt, der Ring 354 ist geschlitzt. Die obige Erörterung bezüglich der Walzen 308 und der Achsen 310 und 312 kann auch auf den Freilauf 300B angewendet werden. Im Allgemeinen ist der Ring 352 so beschaffen, dass er eine drehfeste Verbindung zu einem (nicht gezeigten) Drehmomentübertragungselement herstellt. Gemäß einigen Aspekten werden zum Verbinden des Rings 352 mit dem Drehmomentübertragungselement Keile 358 verwendet.
Im Allgemeinen ist der Ring 352 so beschaffen, dass er mit einem (nicht gezeigten) Drehmomentaufnahmeelement verbunden ist. Vor dem radialen Schrumpfen des Rings 354 liegt der Ring im getrennten Modus gleitend am Aufnahmeelement an. Das heißt, der Ring und das Element berühren sich, aber der Ring gleitet auf der Fläche des Aufnahmeelements entlang, ohne eine drehfeste Verbindung zu dem Element herzustellen. Nach dem radialen Schrumpfen stellt der Ring 354 eine drehfeste Verbindung zu dem Aufnahmeelement her. Das heißt, die Reibungskraft zwischen dem Ring und dem Aufnahmeelement reicht aus, um den Ring drehfest mit dem Element zu verbinden.
Die Erörterung in den Beschreibungen zu den 3 bis 4C über die Umfangsflächen 316 und 318, die unterschiedliche Drehung der Ringe 302 und 304 sowie der Walzen 308, die Flächen 316 und 318 und die Schrägen 320 und 322 kann auch auf die Ringe 352 und 354 und den Freilauf 300B angewendet werden. Die Erörterung bezüglich der getrennten Drehung und der Drehmomentübertragung für den Freilauf 300A kann auch auf den Freilauf 300B angewendet werden. Zum Beispiel können der in den 4A bis 4C gezeigte getrennte Modus und der eingekuppelte Modus auf den Freilauf 300B angewendet werden. Somit kann der Freilauf 300B in Richtung 324 oder 328 im getrennten Modus und im eingekuppelten Modus betrieben werden, oder er kann abhängig von der Gestaltung der Flächen 316 und 318, dem vom Drehmomentaufnahmeelement entgegengesetzten Widerstand und dem auf den Freilauf ausgeübten hydraulischen Druck in einer beliebigen Kombination von getrenntem und eingekuppelten Modus in den Richtungen 324 und 328 betrieben werden. Ferner können alle diese Varianten mit derselben Anordnung des Freilaufs, zum Beispiel des in 5 gezeigten Freilaufs, und demselben Druckkreislauf betrieben werden, ohne weitere mechanische Komponenten zu verwenden oder die Komplexität zu erhöhen.
Der Freilauf 300B kann vom eingekuppelten Modus wieder in den getrennten Modus zurückversetzt werden, indem der hydraulische Druck gesenkt und der Widerstand des Aufnahmeelements verringert wird, zum Beispiel, indem das Aufnahmeelement aus dem Drehmomentübertragungsweg genommen wird. Der hydraulische Druck kann durch ein beliebiges in der Technik bekanntes (nicht gezeigtes) Mittel ausgeübt werden.
6 ist eine Teilquerschnittsansicht einer Bremse 400 mit Flüssigkeitskupplung gemäß der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine Querschnittsansicht der Bremse 400 entlang der Schnittlinie 7-7 in 6. Die folgende Beschreibung ist in Verbindung mit den 6 und 7 zu sehen. Die Bremse 400 beinhaltet eine Flüssigkeitskupplung 402 und ein Reibungsmaterial 404, das fest mit dem Gehäuse oder dem Kasten 406 verbunden ist. Gemäß einigen Aspekten beinhaltet die Bremse 400 ein Reibungsmaterial 408, das fest mit dem Gehäuse 410 verbunden ist. Das Reibungsmaterial 408 kann hinzugefügt werden, um die Drehmomentkapazität der Bremse 400 zu erhöhen. Schaufeln 412 der Kupplung sind am Gehäuse 406 angebracht oder dessen integraler Bestandteil, und Schaufeln 414 sind am Gehäuse 410 angebracht oder dessen integraler Bestanteil. Gemäß einigen Aspekten sind die gesamte Flüssigkeitskupplung oder Teile davon gestanzt. Die Kupplung 402 ist über eine Hülse 416 mit den zu arretierenden Komponenten verbunden. Die Bremse 400 beinhaltet auch einen Ring 418 mit Schrägen, der zwischen dem Gehäuse 406, zum Beispiel dem Rand 420, und den sägezahnförmigen Schrägen 422 am Klemmring 424 angeordnet ist.
In einer offenen Position, wie sie beispielsweise in den 6 und 7 gezeigt wird, dreht sich das Andruckblech an den Schrägen aufwärts und vom Gehäuse weg. Deshalb die Flüssigkeitskupplung dann offen. In dieser Position erzeugen die Schaufeln der Flüssigkeitskupplung kein Drehmoment, und die Reibungsmaterialien greifen nicht ineinander. Zum Beispiel berührt das Material 404 nicht den Abschnitt 426 des Gehäuses 410. Somit ist die Drehung der Hülse 416 von der Drehung des Gehäuses 406 getrennt.
Zum Schließen der Bremse wird der Ring mit den Schrägen in Drehung versetzt, damit er an den Schrägen des Klemmrings hinabgleitet und sich in Richtung 428 zum Gehäuse 406 hin bewegt. Der Ring kann durch ein beliebiges in der Technik bekanntes Mittel, zum Beispiel durch einen Elektromotor 430, in Drehung versetzt werden. Die Drehung des Klemmrings wird durch eine Keilnutverbindung mit dem (nicht gezeigten) Gehäuse verhindert. Die Bewegung des Rings bewirkt, dass sich das Gehäuse 410 und die Schaufeln 414 ebenfalls in Richtung 428 bewegen, damit die Flüssigkeitskupplung der Schaufeln 412 und 414 ausgelöst wird und die Kupplung 402 mit der Übertragung des Drehmoments von der Hülse 416 beginnt. Das heißt, die Kupplung nimmt das Drehmoment durch die kinetische Energie der (nicht gezeigten) Flüssigkeit auf, die von einer Hälfte zur anderen Hälfte der Kupplung gedrückt wird, zum Beispiel durch die Schaufeln 414 zu den Schaufeln 412. Ferner wird das durch die Bremse 400 übertragene Drehmoment durch den axialen Spalt 431 in der Kupplung gesteuert.
Die Flüssigkeitsübertragung erzeugt eine dem Kupplungsdrehmoment der Flüssigkeit proportionale axiale Kraft. Die axiale Kraft erzeugt ein Reibungsdrehmoment zwischen dem Reibungsbelag 408 und dem gegenüberliegenden Teil 424. Das heißt, die Flüssigkeitskupplung stellt die Klemmkraft für das Reibungsmaterial 408 bereit. Somit nimmt die Bremse 400 im eingerückten Zustand eine Kombination von Kupplungsdrehmoment der Flüssigkeit und Reibungsdrehmoment auf. Der Motor 430 hält den Ring mit den Schrägen so lange in Drehung, bis das Reibungsmaterial 404 den Teil 426 berührt und so die Kupplung 402 überbrückt. Der Flüssigkeitskupplung kann durch ein beliebiges in der Technik bekanntes Mittel Flüssigkeit zugeführt werden, zum Beispiel durch Pumpen, die bereits in der Einrichtung verwendet werden, in welcher die Kupplung untergebracht ist. Gemäß einigen Aspekten reichen geringe Flüssigkeitsmengen von annähernd 5 Litern pro Minute (5 l/min) aus.
8 ist ein Diagramm, das den Reibungskoeffizienten als Funktion der Rutschgeschwindigkeit einer Bremse gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Die folgende Beschreibung ist in Verbindung mit den 6 bis 8 zu sehen. Oben wurde bereits erwähnt, dass die Flüssigkeit oder das Öl in einem Nasskupplungssystem zersetzt wird, wodurch der Reibungsgradient negativ wird und die Kupplung beim Einkuppeln rattert. Die Linie 432 zeigt einen positiven Reibungskoeffizienten und die Linie 434 einen negativen Reibungskoeffizienten. Die Kurve 436 zeigt eine Nasskupplung, die nur zersetztes Öl verwendet, und die Kurve 438 zeigt den verbesserten Gradienten derselben durch die Kurve 436 dargestellten Kupplung in Verbindung mit einer Flüssigkeitskupplung, wie sie zum Beispiel in der Bremse 400 gezeigt wird. Die Bremse 400 verringert oder beseitigt sogar das Rattern, indem sie eine wirksame Reibungskurve mit einem positiven Gradienten erzeugt. Im Wesentlichen sorgt die Flüssigkeitskupplung für die Differenz 440 zwischen den Kurven 436 und 438.
Die Flüssigkeitskupplung weist einen stark positiven Gradienten des Drehmoments als Funktion der Rutschgeschwindigkeit auf. Dieser Gradient wirkt selbst bei stark zersetztem Öl dem in Kurve 436 gezeigten negativen Reibungsgradienten entgegen. Dadurch verlängert die Bremse 400 die Nutzungsdauer des Öls beträchtlich. Außerdem nimmt die Kupplung während des Anfahrens den größten Teil des Drehmoments auf und bewirkt ein sanfteres Einkuppeln und ein besseres Fahren bei niedrigen Drehzahlen. Die Bremse 400 ermöglicht auch den Einsatz einer elektromagnetischen Steuerung, wodurch auf Hochdruck-Flüssigkeitspumpen verzichtet werden kann, die zum Beispiel bei einer Anfahrnasskupplung erforderlich ist.
9A ist eine Teilquerschnittsansicht des in 2 gezeigten Getriebes mit Freilaufeinheiten gemäß der vorliegenden Erfindung und Bremsen gemäß der vorliegenden Erfindung mit Flüssigkeitskupplung.
9B ist eine Querschnittsansicht des Bereichs 9B in 9A. Die folgende Beschreibung ist in Verbindung mit den 2 bis 9B zu sehen. Gemäß einigen Aspekten beinhalten einige oder alle Schalter 134, 136, 154 und 156 Freilaufeinheiten, insbesondere die Kupplungen 300A und 300B. Zum Beispiel beinhaltet der Schalter 134 die Kupplungen 182 und 184, der Schalter 136 beinhaltet die Kupplungen 186 und 188, der Schalter 154 beinhaltet die Kupplungen 190 und 192, und der Schalter 156 beinhaltet die Kupplungen 194, 196 und 198. In den 9A und 9B sind alle oben erwähnten Freilaufeinheiten Kupplungen gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie bei den 3 bis 4C beschrieben wurden. Es sollte jedoch klar sein, dass andere Kupplungen oder Kombinationen von Freilaufeinheiten gemäß der vorliegenden Erfindung möglich sind. Zum Beispiel kann nur ein Teil der in den 9A und 9B gezeigten Freilaufeinheiten durch die Kupplungen 300A oder 300B repräsentiert werden.
Der hydraulische Druck kann unter Verwendung eines beliebigen in der Technik bekannten Mittels auf die Kupplungen in einem Getriebe ausgeübt werden, zum Beispiel in den 9A und 9B durch ein durch einen Elektromotor 223 betriebenes rotierendes Schieberventil 222, das die Flüssigkeit in ein drehbar gelagertes Führungsrohr 224 befördert. Die Flüssigkeit tritt durch die Öffnung 225 am Außenrand des Ventils 222 in das Ventil ein. Ein Teil der Flüssigkeit fließt durch einen Kanal 227 in das Rohr 224 und über radial angebrachte Öffnungen in der Welle 116 in die Bremsen 122 und 124. Die übrige Flüssigkeit fließt durch das Ventil 222 und das angrenzende Rohr 224 in eine Reihe von axial angeordneten Kanälen 228. Es ist nur ein solcher Kanal 228 dargestellt. Das Rohr 224 ist drehfest am Gehäuse 232 angebracht (befestigt). Das Rohr 224 beinhaltet eine Vielzahl axialer Kanäle für entsprechende Schaltkombinationen, wobei die Kanäle auf entsprechende radiale Öffnungen in der Welle 116 ausgerichtet sind. Die Öffnungen verbinden die Kanäle mit den Schaltern. Im Rohr 224 ist nur ein solcher Kanal dargestellt. Zum Beispiel verbindet der Kanal 229 die Öffnung 230 mit der Kupplung 188 (der Kanal, der die Öffnung 230 mit der Kupplung 188 verbindet, ist nicht vollständig dargestellt). Die Pumpe fördert die Flüssigkeit mit konstanter Geschwindigkeit, zum Beispiel bei einem Druck von 1 bis 2 Bar und einer Förderleistung von 5 l/min.
In den 9A und 9B sind die entsprechenden Außenringe der Kupplungen 190 und 192 im Schalter 154 mit dem Hohlrad 162 bzw. dem Sonnenrad 158 gekoppelt. Die Innenringe der Kupplungen sind mit der Antriebswelle verbunden und drehen sich zusammen mit dieser. In der Position 160 wird Flüssigkeit in die Kupplung 192 gefördert, wodurch sich der Außenring ausdehnt, die Kupplung greift und das Drehmoment von der Welle zum Sonnenrad überträgt. Der hydraulische Druck wird nicht auf die Kupplung 190 übertragen, und die Kupplung arbeitet im getrennten Modus, das heißt, es wird von der Welle 116 kein Drehmoment zum Hohlrad übertragen. Die übrigen Schalter und Kupplungen funktionieren ähnlich. Gemäß einigen Aspekten stellen die Schalter im Getriebe 100 somit eine Kombination aus den entsprechenden Kupplungen 300A/B und dem Mittel zum Steuern der Flüssigkeitszufuhr zu den Kupplungen dar.
Gemäß einigen Aspekten werden eine oder mehrere der Bremsen im Getriebe 100 durch Bremsen 400 gemäß der vorliegenden Erfindung repräsentiert. In den 9A und 9B wird jede Bremse 122 und 124 durch eine Bremse 400 repräsentiert. Für die Bremse 122 ist der Flansch 416 mit den Kupplungen 182 und 184 verbunden, die wiederum mit dem Steg 138 und dem Sonnenrad 142 verbunden sind. Um das Getriebe 100 im ersten Gang laufen zu lassen, wird somit die Kupplung 182 unter Druck gesetzt und die Kupplung 184 druckfrei gemacht, sodass der Steg 138, der sich aufgrund der Kopplung zwischen dem Getriebe 128 und dem Getriebe 126 mitdreht, eine drehfeste Verbindung zum Flansch 416 herstellt. Wenn die Bremse 122 geschlossen ist, ist der Flansch 416 drehfest mit dem Gehäuse 232 verbunden und der Steg ohne Rattern arretiert.
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.

Claims

Getriebe für ein Fahrzeug, wobei das Getriebe Folgendes umfasst: ein erstes Planetengetriebepaar; und ein zweites Planetengetriebepaar, wobei das erste und das zweite Planetengetriebepaar so angeordnet sind, dass sie unabhängig voneinander ein Drehmoment von einer Antriebswelle des Getriebes zu einem Abtrieb des Getriebes übertragen.
Getriebe nach Anspruch 1, bei dem in einem Gang des Getriebes eines der beiden Getriebepaare, das erste oder das zweite Getriebepaar, so angeordnet ist, dass es das Drehmoment zum Abtrieb überträgt und das andere Getriebepaar frei läuft.
Getriebe nach Anspruch 1, das ferner eine erste und eine zweite Bremse umfasst, die so angeordnet sind, dass sie einen entsprechenden Teil des ersten bzw. zweiten Planetengetriebepaars arretieren.
Getriebe nach Anspruch 3, bei dem das erste und das zweite Planetengetriebepaar ferner ein erstes bzw. zweites Planetengetriebe umfassen, die jeweils mit der ersten bzw. der zweiten Bremse verbunden sind.
Getriebe nach Anspruch 4, das ferner einen ersten und einen zweiten Schalter umfasst, der so angeordnet ist, dass er die Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Planetengetriebe und der ersten bzw. der zweiten Bremse steuert.
Getriebe nach Anspruch 5, bei dem der erste Schalter so angeordnet ist, dass er in einer ersten Position ein Sonnenrad des ersten Planetengetriebes mit der ersten Bremse und in einer zweiten Position eine Verbindung zu einem Steg des ersten Planetengetriebes herstellt, und bei dem der zweite Schalter in einer dritten Position ein Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes mit der zweiten Bremse verbindet und in einer vierten Position eine Verbindung zu einem Steg des zweiten Planetengetriebes herstellt.
Getriebe nach Anspruch 6, bei dem der erste und der zweite Schalter ferner mindestens eine erste bzw. zweite Kupplung umfassen.
Getriebe nach Anspruch 4, bei dem das erste und das zweite Planetengetriebe mit dem Abtrieb verbunden sind.
Getriebe nach Anspruch 1, bei dem das erste und das zweite Planetengetriebepaar ferner ein erstes bzw. ein zweites Planetengetriebe umfassen, die mit der Antriebswelle verbunden werden können.
Getriebe nach Anspruch 9, das ferner eine erste und eine zweite Schaltbaugruppe umfasst, die so angeordnet sind, dass sie die Verbindung des ersten bzw. zweiten Planetengetriebes mit der Antriebswelle steuern.
Getriebe nach Anspruch 10, bei dem in der ersten und der zweiten Position der ersten Schaltbaugruppe ein Sonnenrad bzw. ein Hohlrad des ersten Planetengetriebes so angeordnet sind, dass sie eine Verbindung zur Antriebswelle herstellen, und bei dem in der ersten und der zweiten Position der zweiten Schaltbaugruppe ein Sonnenrad bzw. ein Hohlrad des zweiten Planetengetriebes so angeordnet sind, dass sie eine Verbindung zur Antriebwelle herstellen.
Getriebe nach Anspruch 11, bei dem die erste und die zweite Schaltbaugruppe ferner mindestens einen ersten bzw. zweiten Freilauf umfassen.
Getriebe nach Anspruch 9, bei dem das erste und das zweite Planetengetriebe mit der Antriebswelle verbunden sind.
Getriebe für ein Fahrzeug, wobei das Getriebe Folgendes umfasst: ein erstes Planetengetriebepaar; und ein zweites Planetengetriebepaar, wobei das erste und zweite Planetengetriebepaar jeweils einzeln mit einem einzigen Abtrieb des Getriebes verbunden sind.
Getriebe für ein Fahrzeug, wobei das Getriebe Folgendes umfasst. einen ersten und einen zweiten separaten Drehmomentweg, die mit einem einzigen Abtrieb des Getriebes verbunden sind, eine erste und eine zweite Bremse, die mit dem ersten und dem zweiten Drehmomentpfad verbunden und so angeordnet sind, dass sie ein von einer Antriebswelle des Getriebes kommendes Drehmoment zwischen dem ersten und dem zweiten Drehmomentpfad umschalten.
Getriebe nach Anspruch 15, das ferner ein erstes und ein zweites Planetengetriebepaar umfasst, die im ersten bzw. zweiten Drehmomentpfad angeordnet sind.
Freilauf, der Folgendes umfasst: einen Innenring; und einen Außenring, wobei der eine der beiden Ringe, der Innenring oder der Außenring, so angeordnet ist, dass er als Reaktion auf einen hydraulischen Druck radial verschoben wird, dass er mit dem anderen der beiden Ringe drehfest verbunden wird.
Kupplung nach Anspruch 17, bei der die radiale Verschiebung eine geringfügige Drehung zwischen dem Innenring und dem Außenring ermöglicht.
Kupplung nach Anspruch 17, die ferner eine Vielzahl zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordneter Walzen umfasst, wobei die Walzen so angeordnet sind, das sie als Reaktion auf die radiale Verschiebung verschoben werden und den Innenring und den Außenring drehfest miteinander verbinden.
Kupplung nach Anspruch 19, bei der die radiale Verschiebung eine geringfügige Drehung zwischen dem Innenring und dem Außenring bewirkt und die Walzen als Reaktion auf die unterschiedliche Drehung verschoben werden.
Kupplung nach Anspruch 20, bei der der Innenring und der Außenring ferner eine innere bzw. eine äußere Umfangsfläche umfassen, wobei die innere und die äußere Fläche jeweils eine Vielzahl von Schrägen umfassen und die Walzen als Reaktion auf die unterschiedliche Drehung in Bezug auf die jeweilige Vielzahl von Schrägen verschoben werden.
Kupplung nach Anspruch 17, bei der jeweils andere Ring, der Innenring oder der Außenring, so angeordnet sind, dass er drehfest mit einem Drehmomentübertragungselement verbunden ist, und bei der der eine der beiden Ringe, der Innenring oder der Außenring, vor der radialen Verschiebung so angeordnet ist, dass er gleitend mit einem Drehmomentaufnahmeelement verbunden ist und das Drehmomentaufnahmeelement bezüglich der Drehung vom Drehmomentübertragungselement getrennt ist.
Kupplung nach Anspruch 22, bei dem der eine der beiden Ringe, der Innenring oder der Außenring, als Reaktion auf die radiale Verschiebung drehfest mit dem Drehmomentaufnahmeelement verbunden wird und die Kupplung das Drehmoment vom Drehmomentübertragungselement zum Drehmomentaufnahmeelement überträgt.
Kupplung nach Anspruch 23, bei der die drehfeste Verbindung mit dem Drehmomentaufnahmeelement eine unterschiedliche Drehung zwischen dem Innenring und dem Außenring ermöglicht.
Kupplung nach Anspruch 17, bei der sich der Innenring und der Außenring in einer ersten Richtung drehen.
Kupplung nach Anspruch 25, bei der sich der Innenring und der Außenring in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung drehen.
Kupplung nach Anspruch 17, bei der der eine der beiden Ringe, der Innenring oder der Außenring, der Innenring ist und die radiale Verschiebung radial nach innen verläuft.
Kupplung nach Anspruch 17, bei der der eine der beiden Ringe, der Innenring oder der Außenring, der Außenring ist und die radiale Verschiebung nach außen verläuft.
Freilauf, der Folgendes umfasst: einen Innenring mit einer äußeren Umfangsfläche mit einer ersten Vielzahl von Schrägen, der so angeordnet ist, dass er eine Verbindung zu einem Drehmomentübertragungselement herstellt; einen Außenring mit einer inneren Umfangsfläche mit einer zweiten Vielzahl von Schrägen, der sich als Reaktion auf einen hydraulischen Druck radial ausdehnt, um eine Verbindung zu einem Drehmomentaufnahmeelement herzustellen und sich als Reaktion auf die radiale Ausdehnung geringfügig gegenüber dem Innenring zu drehen; und eine Vielzahl von Walzen, die zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind und als Reaktion auf die unterschiedliche Drehung zwischen der ersten und zweiten Vielzahl von Schrägen verschoben werden, um den Innenring und den Außenring drehfest miteinander zu verbinden.
Bremse, die Folgendes umfasst: eine Flüssigkeitskupplung mit einem ersten und einem zweiten Gehäuse mit einer ersten bzw. zweiten Vielzahl von Schaufeln; und eine erste Kupplung, bei der das zweite Gehäuse so angeordnet ist, dass es zum ersten Gehäuse verschoben wird, um die Bremse zu schließen.
Bremse nach Anspruch 30, bei der die axiale Verschiebung eine Klemmkraft zum Schließen der ersten Kupplung erzeugt.
Bremse nach Anspruch 30, bei der die Bremse ferner eine Drehachse umfasst und die erste Kupplung gegenüber der Kupplung radial näher zur Drehachse angeordnet ist.
Bremse nach Anspruch 32, die ferner eine zweite Kupplung umfasst, die gegenüber der Kupplung radial weiter von der Drehachse entfernt ist.
Bremse nach Anspruch 33, bei der die zweite Kupplung eine Nasskupplung ist und die Kupplung während eines Anfahrvorgangs einem negativen Reibungsgradienten der zweiten Kupplung positiv entgegenwirkt.
Bremse nach Anspruch 30, bei der das erste Gehäuse so angeordnet ist, dass es mit einem feststehenden Teil verbunden ist, und bei der das zweite Gehäuse so angeordnet ist, dass es mit einem gegenüber dem feststehenden Teil drehbaren Element verbunden ist.
Bremse nach Anspruch 35, bei der das drehbare Element ein Drehmoment überträgt und die Flüssigkeitskupplung während eines Anfahrvorgangs im Wesentlichen das gesamte Drehmoment aufnimmt und ein Teil des durch die Kupplung übertragenen Drehmoments einem axialen Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuse proportional ist.
Bremse nach Anspruch 36, wobei die Bremse ferner Öl umfasst und der negative Reibungsgradient auf die Zersetzung des Öls zurückzuführen ist.
Bremse nach Anspruch 30, die ferner ein Stellglied zum Verschieben des zweiten Gehäuses umfasst.
Bremse nach Anspruch 38, bei der das Stellglied ein Elektromotor ist.
Bremse, die Folgendes umfasst: eine Flüssigkeitskupplung mit einem ersten feststehenden Gehäuse und einem gegenüber dem ersten Gehäuse axial verschiebbaren zweiten Gehäuse, wobei die Flüssigkeitskupplung so angeordnet ist, dass sie eine Verbindung zu einer drehbaren Einrichtung herstellt, die ein Drehmoment überträgt; und eine Nasskupplung, wobei die Flüssigkeitskupplung während eines Anfahrvorgangs im Wesentlichen das gesamte Drehmoment aufnimmt und ein Teil des durch die Kupplung übertragenen Drehmoments einem axialen Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuse proportional ist, und wobei die Flüssigkeitskupplung eine Klemmkraft für die Kupplung erzeugt.