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Die Erfindung betrifft ein Getriebe, das neun Gänge, vier Planetenradsätze und sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist.
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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.
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Die
DE 101 15 995 A1 offenbart Mehrstufengetriebe mit vier Planetenradsätzen, die über sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen neun Gangstufen bereitstellen. Die Getriebe sind als Vorschaltsatz und Nachschaltsatz ausgebildet, wobei der Nachschaltsatz über eine Verbindungswelle fest mit dem Vorschaltsatz verbunden ist, die Antriebswelle über eine gekuppelte Verbindung mit dem Nachschaltsatz und über eine weitere gekuppelte Verbindung mit dem Vorschaltsatz verbindbar ist.
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Die
JP 2006-349 153 A offenbart Getriebe mit vier Planetenradsätzen und sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen, die neun Gangstufen bieten, wobei drei parallel angeordnete Kupplungen das Antriebselement mit dem Träger des ausgangsseitigen Planetenradsatzes bzw. den jeweiligen Sonnenrädern zweier eingangsseitiger Planetenradsätze verbinden.
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Obgleich gegenwärtige Getriebe ihren vorgesehenen Zweck erfüllen, ist der Bedarf nach neuen und verbesserten Getriebekonfigurationen, die ein verbessertes Leistungsvermögen, insbesondere aus den Standpunkten des Wirkungsgrades, des Ansprechvermögens und des ruhigen Betriebes, sowie einen verbesserten Bauraum, primär reduzierte Größe und reduziertes Gewicht, zeigen, im Wesentlichen konstant. Dementsprechend gibt es einen Bedarf nach einem verbesserten, kosteneffektiven, kompakten Mehrganggetriebe.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes, kostengünstiges und kompaktes Neunganggetriebe bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Getriebe mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen zeigt:
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1 ein Hebeldiagramm einer Ausführungsform eines Neunganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Neunganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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3 eine Schalttabelle, die den Einrückungszustand der verschiedenen Drehmomentübertragungseinrichtungen in jedem der verfügbaren Vorwärts- und Rückwärtsgänge oder -übersetzungsverhältnisse des in den 1 und 2 veranschaulichten Getriebes darstellt.
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Zu Beginn ist festzustellen, dass das Neungang-Automatikgetriebe der vorliegenden Erfindung eine Anordnung von permanenten mechanischen Verbindungen zwischen den Elementen der vier Planetenradsätze aufweist. Ein erstes Bauteil oder Element eines ersten Planetenradsatzes ist permanent mit einem ersten Bauteil oder Element eines dritten Planetenradsatzes gekoppelt. Ein drittes Bauteil oder Element des ersten Planetenradsatzes ist permanent mit einem zweiten Bauteil oder Element eines zweiten Planetenradsatzes gekoppelt. Ein erstes Bauteil oder Element des zweiten Planetenradsatzes ist permanent mit einem zweiten Bauteil oder Element des dritten Planetenradsatzes gekoppelt. Schließlich ist ein drittes Bauteil oder Element des dritten Planetenradsatzes permanent mit einem zweiten Bauteil oder Element eines vierten Planetenradsatzes gekoppelt.
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In 1 ist das erfindungsgemäße Neunganggetriebe 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, jeweils das Hohlrad/Sonnenrad-Verhältnis des jeweiligen Zahnradsatzes darzustellen. Diese Hebelverhältnisse werden wiederum dazu verwendet, die Übersetzungsverhältnisse des Getriebes zu verändern, um geeignete Verhältnisse 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 als ineinander greifende Lamellen dargestellt. Wenn die Einrichtung eine Bremse ist, ist ein Satz der Lamellen am Getriebegehäuse festgelegt.
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Das Getriebe 10 umfasst eine Antriebswelle oder ein Antriebselement 12, einen ersten Planetenradsatz 14 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 14A, einem zweiten Knoten 14B und einem dritten Knoten 14C, einen zweiten Planetenradsatz 16 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 16A, einem zweiten Knoten 16B und einem dritten Knoten 16C, einen dritten Planetenradsatz 18 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 18A, einem zweiten Knoten 18B und einem dritten Knoten 18C, einen vierten Planetenradsatz 20 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 20A, einem zweiten Knoten 20B und einem dritten Knoten 20C, und eine Abtriebswelle oder ein Abtriebselement 22.
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Die Antriebswelle oder das Antriebselement 12 ist mit dem dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt. Die Abtriebswelle oder das Abtriebselement 22 ist mit dem zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt. Der erste Knoten 14A des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem ersten Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt. Der dritte Knoten 14C des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 gekoppelt. Der erste Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 ist mit dem zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt. Der dritte Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18 ist mit dem zweiten Knoten 20B des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt.
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Eine erste Kupplung 26 verbindet den ersten Knoten 20A des vierten Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20 und mit der Antriebswelle oder dem Antriebselement 12. Eine zweite Kupplung 28 verbindet den dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem ersten Knoten 20A des vierten Planetenradsatzes 20. Eine dritte Kupplung 30 verbindet den zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem zweiten Knoten 20B des vierten Planetenradsatzes 20 und mit dem dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18. Eine erste Bremse 32 verbindet den dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit einem Getriebegehäuse 50. Eine zweite Bremse 34 verbindet den zweiten Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 selektiv mit dem Getriebegehäuse 50. Eine dritte Bremse 36 verbindet den ersten Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18 selektiv mit dem Getriebegehäuse 50.
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2 stellt ein schematisches Layout des Neunganggetriebes 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.
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Beispielsweise umfasst der Planetenradsatz 14 ein Sonnenrad 14A, einen Planetenradträger 14B, der einen Satz Planetenräder 14D lagert, und ein Hohlrad 14C. Das Sonnenrad 14A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer ersten Welle oder einem ersten Verbindungselement 42 und einer zweiten Welle oder einem zweiten Verbindungselement 44 verbunden. Das Hohlrad 14C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer dritten Welle oder einem dritten Verbindungselement 46 verbunden. Der Planetenradträger 14B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer vierten Welle oder einem vierten Verbindungselement 48 verbunden. Die Planetenräder 14D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Hohlrad 14C als auch dem Sonnenrad 14A zu kämmen.
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Die Antriebswelle oder das Antriebselement 12 ist bevorzugt ständig mit einer Maschine (die nicht gezeigt ist) oder mit einem Turbinenrad eines Drehmomentwandlers (der nicht gezeigt ist) verbunden. Die Abtriebswelle oder das Abtriebselement 22 ist bevorzugt ständig mit der Achsantriebseinheit oder dem Verteilergetriebe (das nicht gezeigt ist) verbunden.
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Der Planetenradsatz 16 umfasst ein Sonnenrad 16C, ein Hohlrad 16A und einen Planetenträger 16B, der einen Satz Planetenräder 16D drehbar lagert. Das Sonnenrad 16C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer fünften Welle oder einem fünften Verbindungselement 52 und einer sechsten Welle oder einem sechsten Verbindungselement 54 verbunden. Das Hohlrad 16A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer siebten Welle oder einem siebten Verbindungselement 56 verbunden. Der Planetenträger 16B ist zur gemeinsamen Rotation mit der dritten Welle oder dem dritten Verbindungselement 46 und einer neunten Welle oder einem neunten Verbindungselement 59 verbunden. Die Planetenräder 16D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 16C als auch dem Hohlrad 16A zu kämmen.
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Der Planetenradsatz 18 umfasst ein Sonnenrad 18A, ein Hohlrad 18C und einen Planetenträger 18B, der einen Satz Planetenräder 18D drehbar lagert. Das Sonnenrad 18A ist zur gemeinsamen Rotation mit der ersten Welle oder dem ersten Verbindungselement 42 verbunden. Das Hohlrad 18C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer zehnten Welle oder einem zehnten Verbindungselement 60 verbunden. Der Planetenträger 18B ist zur gemeinsamen Rotation mit der siebten Welle oder dem siebten Verbindungselement 56 und mit der Abtriebswelle oder dem Abtriebselement 22 verbunden. Die Planetenräder 18D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 18A als auch dem Hohlrad 18C zu kämmen.
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Der Planetenradsatz 20 umfasst ein Sonnenrad 20A, einen Planetenträger 20B, der einen Satz Planetenräder 20D drehbar lagert, und ein Hohlrad 20C. Das Sonnenrad 20A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer elften Welle oder einem elften Verbindungselement 62 verbunden. Der Planetenträger 20B ist zur gemeinsamen Rotation mit der zehnten Welle oder dem zehnten Verbindungselement 60 verbunden. Das Hohlrad 20C ist zur gemeinsamen Rotation mit der Antriebswelle oder dem Antriebselement 12 verbunden. Die Planetenräder 20D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Hohlrad 20C als auch dem Sonnenrad 20A zu kämmen.
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Die Drehmomentübertragungsmechanismen oder Kupplungen 26, 28, 30 und die Bremsen 32, 34 und 36 sorgen für eine selektive Verbindung der Wellen oder Verbindungselemente, der Elemente der Planetenradsätze und des Gehäuses 50. Beispielsweise ist die erste Kupplung 26 selektiv einrückbar, um die Antriebswelle oder das Antriebselement 12 mit der elften Welle oder dem elften Verbindungselement 62 zu verbinden. Die zweite Kupplung 28 ist selektiv einrückbar, um die sechste Welle oder das sechste Verbindungselement 54 mit der elften Welle oder dem elften Verbindungselement 62 zu verbinden. Die dritte Kupplung 30 ist selektiv einrückbar, um die neunte Welle oder das neunte Verbindungselement 59 mit der zehnten Welle oder dem zehnten Verbindungselement 60 zu verbinden. Die erste Bremse 32 ist selektiv einrückbar, um das Sonnenrad 16C über die fünfte Welle oder das fünfte Verbindungselement 52 mit dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Sonnenrads 16C relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Die zweite Bremse 34 ist selektiv einrückbar, um den Planetenträger 14B über die vierte Welle oder das vierte Verbindungselement 48 mit dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Planetenträgers 14B relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Die dritte Bremse 36 ist selektiv einrückbar, um die Sonnenräder 14A, 18A über die erste Welle oder das erste Verbindungselement 42 und die zweite Welle oder das zweite Verbindungselement 44 mit dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation der Sonnenräder 14A, 18A relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken.
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In der vorliegenden Ausführungsform sind die dritte Kupplung 30 und die zweite Bremse 34 größer als die Kupplungen 26, 28 und Bremsen 32, 36. Beispielsweise weisen die dritte Kupplung 30 und die zweite Bremse 34 Reibplatten mit größerem Durchmesser oder eine größere Anzahl von Reibplatten auf, wodurch eine zusätzliche funktionelle Reiboberfläche als die der Kupplungen 26, 28 und Bremsen 32, 36 bereitgestellt wird. Die größeren Kupplung 30 und Bremse 34 sorgen für eine erhöhte Drehmomentübertragungsfähigkeit, eine kürzere Einrückzeit und verbesserte Verschleißeigenschaften. Jedoch erwägt die vorliegende Erfindung andere Ausführungsformen, die Kupplungen und Bremsen 26, 28, 30, 32, 34 und 36 unterschiedlicher Größen aufweisen, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Nun wird unter Bezugnahme auf die 2 und 3 die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Neunganggetriebes 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 22 in neun Vorwärtsgängen oder -drehmomentverhältnissen und einem Rückwärtsgang oder -drehmomentverhältnis mit einem doppelten Overdrive zu übertragen. Jeder Vorwärts- und Rückwärtsgang oder jedes Vorwärts- und Rückwärtsdrehmomentverhältnis wird durch Einrückung von dreien der Drehmomentübertragungsmechanismen (d. h. erste Kupplung 26, zweite Kupplung 28, dritte Kupplung 30, erste Bremse 32, zweite Bremse 34 und dritte Bremse 36) 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 nur 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.
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Um den Rückwärtsgang herzustellen, werden die erste Kupplung 26, die dritte Kupplung 30 und die zweite Bremse 34 eingerückt oder aktiviert. Die erste Kupplung 26 verbindet die Antriebswelle oder das Antriebselement 12 mit der elften Welle oder dem elften Verbindungselement 62. Die dritte Kupplung 30 verbindet die neunte Welle oder das neunte Verbindungselement 59 mit der zehnten Welle oder dem zehnten Verbindungselement 60. Die zweite Bremse 34 verbindet den Planetenträger 14B über die vierte Welle oder das vierte Verbindungselement 48 mit dem Getriebegehäuse 50, um eine Rotation des Planetenträgers 14B relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Gleichermaßen werden die neun Vorwärtsgänge durch unterschiedliche Kombinationen einer Kupplungs- und Bremseneinrückung erreicht, wie es in 3 gezeigt ist.
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Es ist festzustellen, dass die vorstehende Erläuterung der Arbeitsweise und der Gangzustände des Neunganggetriebes 10 zuallererst von der Annahme ausgeht, dass alle in einem gegebenen Gangzustand nicht speziell genannten Kupplungen 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.
