DE102007057529B4

DE102007057529B4 - Mehrganggetriebe

Info

Publication number: DE102007057529B4
Application number: DE102007057529A
Authority: DE
Inventors: Andrew W. Phillips; Scott H. Wittkopp; James M. Hart
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-12-04
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2013-01-31
Anticipated expiration: 2027-11-30
Also published as: US20080287248A1; US7988588B2; CN101240833A; CN101240833B; DE102007057529A1

Abstract

Getriebe (10), umfassend: ein Antriebselement (12); ein Abtriebselement (14); einen ersten, zweiten und dritten Planetenradsatz (16, 18, 20), die jeweils ein Sonnenrad (22, 42, 52), einen Träger (28, 46, 56) und ein Hohlrad (24, 44, 54) aufweisen, wobei das Antriebselement (12) ständig mit dem Hohlrad (54) des dritten Planetenradsatzes (20) verbunden ist und das Abtriebselement (14) ständig mit dem Hohlrad (44) des zweiten Planetenradsatzes (18) verbunden ist; ein erstes Verbindungselement (34), das das Sonnenrad (22) des ersten Planetenradsatzes (16) ständig mit dem Sonnenrad (42) des zweiten Planetenradsatzes (18) verbindet; ein zweites Verbindungselement (37), das den Träger (28) des ersten Planetenradsatzes (16) ständig mit dem Träger (46) des zweiten Planetenradsatzes (18) verbindet; einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus (62), der selektiv einrückbar ist, um den Träger (46) des zweiten Planetenradsatzes (18) mit dem Hohlrad (54) des dritten Planetenradsatzes (20) zu verbinden; einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus (64), der selektiv...

Description

GEBIET
Die Erfindung betrifft allgemein ein Mehrganggetriebe, das mehrere Planetenradsätze und mehrere Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist, und genauer ein Getriebe, das acht oder mehr Gänge, drei Planetenradsätze und mehrere Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist.
HINTERGRUND
Ein typisches Mehrganggetriebe benutzt eine Kombination aus Reibkupplungen, Planetenradanordnungen und festen Verbindungen, um mehrere Übersetzungsverhältnisse zu erreichen. Die Anzahl und physikalische Anordnung der Planetenradsätze im Allgemeinen werden durch den Bauraum, die Kosten und die gewünschten Drehzahlverhältnisse oder Gänge vorgeschrieben. Beispielsweise beschreibt die DE 102 00 379 A1 ein Mehrganggetriebe, das zum Schalten der Gänge insgesamt sieben Drehmomentübertragungseinrichtungen sowie einen Freilauf benötigt, wodurch das Getriebe verhältnismäßig kostenintensiv ist. Ein weiteres Mehrganggetriebe, mit dem sich insgesamt neun Gänge schalten lassen, wird in der DE 10 2004 040 614 A1 beschrieben.
Obgleich gegenwärtige Getriebe ihren beabsichtigten Zweck erfüllen, ist der Bedarf nach neuen und verbesserten Getriebekonfigurationen, die ein verbessertes Leistungsvermögen, insbesondere aus Standpunkten des Wirkungsgrades, des Ansprechvermögens und des ruhigen Betriebes sowie des Bauraums, primär reduzierte Größe und reduziertes Gewicht, zeigen, im Wesentlichen konstant. Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes, kosteneffektives, kompaktes Mehrganggetriebe zu schaffen.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird mit einem Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Es ist ein Getriebe vorgesehen, das ein Antriebselement, ein Abtriebselement, drei Planetenradsätze, mehrere Kopplungselemente und mehrere Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist. Jeder der Planetenradsätze umfasst ein erstes, zweites und drittes Element. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen sind beispielsweise Kupplungen und Bremsen.
Das Getriebe umfasst ein Antriebselement, ein Abtriebselement, einen ersten, zweiten und dritten Planetenradsatz, die jeweils ein erstes, zweites und drittes Element aufweisen, wobei das Antriebselement ständig mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes verbunden ist und das Abtriebselement ständig mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist, ein erstes Verbindungselement, das das erste Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbindet, und ein zweites Verbindungselement, das das zweite Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbindet. Sechs Drehmomentübertragungsmechanismen sind selektiv einrückbar, um eines von den ersten, zweiten und dritten Elementen mit einem anderen von den ersten, zweiten und dritten Elementen und dem feststehenden Element zu verbinden. Die sechs Drehmomentübertragungsmechanismen sind selektiv in Kombinationen von zumindest Dreien einrückbar, um zumindest acht Vorwärtsgänge und zumindest einen Rückwärtsgang zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement herzustellen.
ZEICHNUNGEN
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen rein zu Darstellungszwecken und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
1 ist ein Hebeldiagramm einer Ausführungsform eines Achtganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Achtganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung; und
3 ist eine Schalttabelle, die die Einrückungszustände der verschiedenen Drehmomentübertragungseinrichtungen in jedem der verfügbaren Vorwärts- und Rückwärtsgänge oder -übersetzungsverhältnisse des in den 1 und 2 veranschaulichten Getriebes darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist rein beispielhafte Natur und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Nutzungen nicht begrenzen.
Zu Beginn ist festzustellen, dass die Ausführungsform des Achtgangautomatikgetriebes der vorliegenden Erfindung eine Anordnung von permanenten mechanischen Verbindungen zwischen den Elementen der drei Planetenradsätze aufweist. Genauer ist eine erstes Bauteil oder Element eines ersten Planetenradsatzes permanent mit einem ersten Bauteil oder Element eines zweiten Planetenradsatzes gekoppelt, und ein zweites Bauteil oder Element des ersten Planetenradsatzes ist permanent mit einem zweiten Bauteil oder Element des zweiten Planetenradsatzes gekoppelt.
In 1 ist eine Ausführungsform eines Achtganggetriebes 10 in einem Hebeldiagrammformat veranschaulicht. Ein Hebeldiagramm ist eine schematische Darstellung der Bauteile einer mechanischen Einrichtung, wie eines Automatikgetriebes. Jeder einzelne Hebel stellt einen Planetenradsatz dar, wobei die drei grundlegenden mechanischen Bauteile des Planetenradsatzes jeweils durch einen Knoten dargestellt sind. Daher enthält ein einzelner Hebel drei Knoten: einen für das Sonnenrad, einen für den Planetenradträger und einen für das Hohlrad. Die relative Länge zwischen den Knoten jedes Hebels kann dazu verwendet werden, das Hohlrad/Sonnenrad-Verhältnis des jeweiligen Zahnradsatzes darzustellen. Diese Hebelverhältnisse werden wiederum dazu verwendet, die Übersetzungsverhältnisse des Getriebes zu verändern, um ein geeignetes Verhältnis und eine geeignete Verhältnisprogression zu erreichen. Mechanische Kopplungen oder Verbindungen zwischen den Knoten der verschiedenen Planetenradsätze sind durch dünne, horizontale Linien veranschaulicht, und Drehmomentübertragungseinrichtungen, wie Kupplungen und Bremsen, sind durch ineinander greifende Finger dargestellt. Wenn die Einrichtung eine Bremse ist, ist ein Satz der Finger mit einem feststehenden Element verbunden. Eine weitergehende Erläuterung des Formats, Zwecks und der Verwendung von Hebeldiagrammen ist in der Druckschrift SAE Paper 810102, ”The Lever Analogy: A New Tool in Transmission Analysis” von Benford und Leising zu finden, deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme mit aufgenommen ist.
Das Getriebe 10 umfasst eine Antriebswelle oder ein Antriebselement 12, eine Abtriebswelle oder ein Abtriebselement 14, einen ersten Planetenradsatz 16 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 22, einem zweiten Knoten 24 und einem dritten Knoten 28, einen zweiten Planetenradsatz 18 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 42, einem zweiten Knoten 44 und einem dritten Knoten 46, und einen dritten Planetenradsatz 20 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 52, einem zweiten Knoten 54 und einem dritten Knoten 56.
Das Antriebselement 12 ist mit dem zweiten Knoten 54 des dritten Planetenradsatzes 20 gekoppelt. Das Abtriebselement 14 ist mit dem zweiten Knoten 44 des zweiten Planetenradsatzes 18 gekoppelt. Der erste Knoten 22 des ersten Planetenradsatzes 16 ist mit dem ersten Knoten 42 des zweiten Planetenradsatzes 18 gekoppelt. Der dritte Knoten 28 des ersten Planetenradsatzes 16 ist mit dem dritten Knoten 46 des zweiten Planetenradsatzes 18 gekoppelt.
Eine erste Kupplung 62 verbindet den zweiten Knoten 54 des dritten Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem dritten Knoten 46 des zweiten Planetenradsatzes 18 und dem dritten Knoten 28 des ersten Planetenradsatzes 16. Eine zweite Kupplung 64 verbindet den dritten Knoten 56 des dritten Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem zweiten Knoten 24 des ersten Planetenradsatzes 16. Eine dritte Kupplung 66 verbindet den dritten Knoten 56 des dritten Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem ersten Knoten 22 des ersten Planetenradsatzes 16. Eine vierte Kupplung 68 verbindet den ersten Knoten 52 des dritten Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem ersten Knoten 22 des ersten Planetenradsatzes 16. Eine erste Bremse 70 verbindet den ersten Knoten 52 des dritten Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem feststehenden Element oder einem Getriebegehäuse 80. Eine zweite Bremse 72 verbindet den dritten Knoten 46 des zweiten Planetenradsatzes 18 selektiv mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 80.
Nun unter Bezugnahme auf 2 stellt ein Stick-Diagramm ein schematisches Layout der Ausführungsform des Achtganggetriebes 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dar. In 2 wird die Nummerierung aus dem Hebeldiagramm von 1 übernommen. Die Kupplungen, Bremsen und Kopplungen sind entsprechend dargestellt, wohingegen die Knoten der Planetenradsätze nun als Bauteile von Planetenradsätzen, wie Sonnenräder, Hohlräder, Planetenräder und Planetenradträger, erscheinen.
Beispielsweise umfasst der erste Planetenradsatz 16 ein Sonnenrad 22, ein Hohlrad 24 und einen Träger 28, der einen Satz Planetenräder 32 drehbar lagert. Die Planetenräder 32 sind konfiguriert, um mit dem Sonnenrad 22 und dem Hohlrad 24 zu kämmen. Das Sonnenrad 22 ist zur gemeinsamen Rotation mit einer ersten Verbindungswelle oder einem ersten Verbindungselement 34 und einer zweiten Verbindungswelle oder einem zweiten Verbindungselement 35 verbunden. Das Hohlrad 24 ist zur gemeinsamen Rotation mit einer dritten Verbindungswelle oder einem dritten Verbindungselement 36 verbunden. Der Träger 28 ist zur gemeinsamen Rotation mit einer vierten Verbindungswelle oder einem vierten Verbindungselement 37 verbunden.
Der zweite Planetenradsatz 18 umfasst ein Sonnenrad 42, ein Hohlrad 44 und einen Träger 46, der einen Satz Planetenräder 48 drehbar lagert. Die Planetenräder 48 sind konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 42 als auch dem Hohlrad 44 zu kämmen. Das Sonnenrad 42 ist zur gemeinsamen Rotation mit dem ersten Verbindungselement 34 verbunden. Das Hohlrad 44 ist zur gemeinsamen Rotation mit dem Abtriebselement 14 verbunden. Der Träger 46 ist zur gemeinsamen Rotation mit dem vierten Verbindungselement 37 und einer fünften Verbindungswelle oder einem fünften Verbindungselement 38 verbunden.
Der dritte Planetenradsatz 20 umfasst ein Sonnenrad 52, ein Hohlrad 54 und einen Träger 56, der einen Satz Planetenräder 58 drehbar lagert. Die Planetenräder 58 sind konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 52 als auch dem Hohlrad 54 zu kämmen. Das Sonnenrad 52 ist zur gemeinsamen Rotation mit einer sechsten Verbindungswelle oder einem sechsten Verbindungselement 40 verbunden. Das Hohlrad 54 ist zur gemeinsamen Rotation mit dem Antriebselement 12 und einer siebten Verbindungswelle oder einem siebten Verbindungselement 60 verbunden. Der Träger 56 ist zur gemeinsamen Rotation mit einer achten Verbindungswelle oder einem achten Verbindungselement 61 verbunden.
Das Antriebselement 12 ist ständig mit einer Maschine (die nicht gezeigt ist) oder mit einem Turbinenrad eines Drehmomentwandlers (das nicht gezeigt ist) verbunden. Das Abtriebselement 14 ist ständig mit einer Achsantriebseinheit oder einem Verteilergetriebe (die bzw. das nicht gezeigt ist) verbunden.
Die Drehmomentübertragungsmechanismen oder Kupplungen 62, 64, 66, 68 und die Bremsen 70, 72 erlauben eine selektive Verbindung der Wellen oder Verbindungselemente, der Elemente der Planetenradsätze und des Gehäuses. Beispielsweise ist die erste Kupplung 62 selektiv einrückbar, um das vierte Verbindungselement 37 mit dem siebten Verbindungselement 60 zu verbinden. Die zweite Kupplung 64 ist selektiv einrückbar, um das dritte Verbindungselement 36 mit dem achten Verbindungselement 61 zu verbinden. Die dritte Kupplung 66 ist selektiv einrückbar, um das zweite Verbindungselement 35 mit dem achten Verbindungselement 61 zu verbinden. Die vierte Kupplung 68 ist selektiv einrückbar, um das sechste Verbindungselement 40 mit dem zweiten Verbindungselement 35 zu verbinden. Die erste Bremse 70 ist selektiv einrückbar, um das sechste Verbindungselement 40 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 80 zu verbinden und somit eine Rotation des sechsten Verbindungselements 40 relativ zu dem Gehäuse 80 zu unterbinden. Die zweite Bremse 72 ist selektiv einrückbar, um das fünfte Verbindungselement 38 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 80 zu verbinden und somit eine Rotation des fünften Verbindungselements 38 relativ zu dem Gehäuse 80 zu unterbinden.
Nun wird unter Bezugnahme auf die 2 und 3 die Arbeitsweise der Ausführungsform des Achtganggetriebes 10 beschrieben. Es ist festzustellen, dass das Getriebe 10 in der Lage ist, Drehmoment von der Antriebswelle oder dem Antriebselement 12 auf die Abtriebswelle oder das Abtriebselement 14 in zumindest acht Vorwärtsdrehzahl- oder -drehmomentverhältnissen und zumindest zwei Rückwärtsdrehzahl- oder -drehmomentverhältnissen zu übertragen. Jedes Vorwärts- und Rückwärtsdrehzahl- oder -drehmomentverhältnis wird durch Einrückung von drei Drehmomentübertragungsmechanismen erzielt, wie es nachstehend erläutert wird. 3 ist eine Schalttabelle, die die verschiedenen Kombinationen von Drehmomentübertragungsmechanismen darstellt, die aktiviert oder eingerückt werden, um die verschiedenen Gangzustände zu erreichen. Tatsächliche numerische Übersetzungsverhältnisse der verschiedenen Gangzustände sind ebenfalls dargestellt, obwohl festzustellen ist, dass diese Zahlenwerte rein beispielhaft sind, und dass sie über beträchtliche Bereiche eingestellt werden können, um sich verschiedenen Anwendungen und Betriebskriterien des Getriebes 10 anzupassen. Ein Beispiel der Übersetzungsverhältnisse, die unter Verwendung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erhalten werden können, ist in 3 ebenfalls gezeigt. Natürlich sind andere Übersetzungsverhältnisse abhängig von dem gewählten Zahnraddurchmesser, der gewählten Zahnradzähnezahl und der gewählten Zahnradkonfiguration erreichbar. Um einen ersten Rückwärtsgang herzustellen, werden die erste Bremse 70, die zweite Bremse 72 und die dritte Kupplung 66 eingerückt oder aktiviert. Die erste Bremse 70 verbindet das sechste Verbindungselement 40 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 80, um eine Rotation des sechsten Verbindungselements 40 relativ zu dem Gehäuse 80 einzuschränken. Die zweite Bremse 72 verbindet das fünfte Verbindungselement 38 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 80, um eine Rotation des fünften Verbindungselements 38 relativ zu dem Gehäuse 80 einzuschränken. Die dritte Kupplung 66 verbindet das zweite Verbindungselement 35 mit dem achten Verbindungselement 61. Gleichermaßen werden acht Vorwärtsgänge durch unterschiedliche Kombinationen einer Kupplungs- und Bremseneinrückung erreicht, wie es in 3 gezeigt ist.
Es ist festzustellen, dass die vorstehende Erläuterung der Arbeitsweise und der Gangzustände des Achtganggetriebes 10 zunächst von der Annahme ausgeht, dass alle in einem gegebenen Gangzustand nicht speziell genannten Kupplungen und Bremsen inaktiv oder ausgerückt sind, und zweitens während Gangschaltvorgängen, d. h. Wechseln des Gangzustands, zwischen zumindest benachbarten Gangzuständen, eine in beiden Gangzuständen eingerückte oder aktivierte Kupplung oder Bremse eingerückt oder aktiviert bleiben wird.

Claims

Getriebe (10), umfassend: ein Antriebselement (12); ein Abtriebselement (14); einen ersten, zweiten und dritten Planetenradsatz (16, 18, 20), die jeweils ein Sonnenrad (22, 42, 52), einen Träger (28, 46, 56) und ein Hohlrad (24, 44, 54) aufweisen, wobei das Antriebselement (12) ständig mit dem Hohlrad (54) des dritten Planetenradsatzes (20) verbunden ist und das Abtriebselement (14) ständig mit dem Hohlrad (44) des zweiten Planetenradsatzes (18) verbunden ist; ein erstes Verbindungselement (34), das das Sonnenrad (22) des ersten Planetenradsatzes (16) ständig mit dem Sonnenrad (42) des zweiten Planetenradsatzes (18) verbindet; ein zweites Verbindungselement (37), das den Träger (28) des ersten Planetenradsatzes (16) ständig mit dem Träger (46) des zweiten Planetenradsatzes (18) verbindet; einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus (62), der selektiv einrückbar ist, um den Träger (46) des zweiten Planetenradsatzes (18) mit dem Hohlrad (54) des dritten Planetenradsatzes (20) zu verbinden; einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus (64), der selektiv einrückbar ist, um das Hohlrad (24) des ersten Planetenradsatzes (16) mit dem Träger (56) des dritten Planetenradsatzes (20) zu verbinden; einen dritten Drehmomentübertragungsmechanismus (66), der selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (22) des ersten Planetenradsatzes (16) mit dem Träger (56) des dritten Planetenradsatzes (20) zu verbinden; einen vierten Drehmomentübertragungsmechanismus (68), der selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (22) des ersten Planetenradsatzes (16) mit dem Sonnenrad (52) des dritten Planetenradsatzes (20) zu verbinden; einen fünften Drehmomentübertragungsmechanismus (70), der selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (52) des dritten Planetenradsatzes (20) mit dem feststehenden Element (80) zu verbinden; und einen sechsten Drehmomentübertragungsmechanismus (72), der selektiv einrückbar ist, um den Träger (46) des zweiten Planetenradsatzes (18) mit dem feststehenden Element (80) zu verbinden, wobei die Drehmomentübertragungsmechanismen (62, 64, 66, 68, 70, 72) selektiv in Kombinationen von zumindest Dreien einrückbar sind, um zumindest acht Vorwärtsgänge und zumindest einen Rückwärtsgang zwischen dem Antriebselement (12) und dem Abtriebselement (14) herzustellen.