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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 oder Bremsen, 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 42 38 025 A1 offenbart ein Getriebe mit vier Planetenradsätzen, vier Bremsen und zwei Schaltkupplungen, das neun Gangstufen zur Verfügung stellt. Das Eingangselement ist ständig mit dem Hohlrad des vierten und dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes verbunden. Das Eingangselement ist über die eine Schaltkupplung mit den Sonnenrädern des zweiten und dritten Planetenradsatzes oder über die andere Schaltkupplung mit dem Träger des zweiten und dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes verbindbar.
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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
DE 10 2006 044 882 A1 offenbart Neungang-Automatikgetriebe mit vier Planetenradsätzen, vier Bremsen und zwei Kupplungen. Das Eingangselement ist ständig mit einem Sonnenrad bzw. einem Träger des ersten Planetenradsatzes sowie dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden. Das Eingangselement ist über eine erste der beiden Kupplungen mit den Sonnenrädern des dritten und vierten Planetenradsatzes verbindbar und über die zweite der beiden Kupplungen mit dem Träger des dritten und dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes verbindbar.
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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.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes, kostengünstiges und kompaktes Mehrganggetriebe zur Verfügung zu stellen.
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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 Drehmomentübertragungselemente 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 zweites Bauteil oder Element des ersten Planetenradsatzes ist permanent mit einem zweiten Bauteil oder Element des zweiten Planetenradsatzes gekoppelt. Ein drittes Bauteil oder Element eines ersten Planetenradsatzes ist permanent mit einem dritten Bauteil oder Element eines zweiten Planetenradsatzes gekoppelt. Ein erstes Bauteil oder Element des zweiten Planetenradsatzes ist permanent mit einem ersten Bauteil oder Element eines dritten Planetenradsatzes gekoppelt. Ein zweites Bauteil oder Element des dritten Planetenradsatzes ist permanent mit einem ersten Bauteil oder Element des vierten 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 eine Ausführungsform eines Neunganggetriebes 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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Das Antriebselement 12 ist mit dem dritten Knoten 14C des ersten Planetenradsatzes 14 gekoppelt. Das Abtriebselement 22 ist mit dem zweiten Knoten 20B des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt. Der zweite Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 gekoppelt. Der dritte Knoten 14C des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 gekoppelt. Der erste Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 ist mit dem ersten Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt. Der zweite Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 ist mit dem ersten Knoten 20A des vierten Planetenradsatzes 20 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 dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18. Eine zweite Kupplung 28 verbindet den dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20. Eine erste Bremse 30 verbindet den ersten Knoten 14A des ersten Planetenradsatzes 14 selektiv mit einem Getriebegehäuse 40. Eine zweite Bremse 32 verbindet den zweiten Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 selektiv mit dem Getriebegehäuse 40. Eine dritte Bremse 34 verbindet den ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem Getriebegehäuse 40. Eine vierte Bremse 36 verbindet den ersten Knoten 20A des vierten Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem Getriebegehäuse 40.
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2 stellt ein schematisches Layout der Ausführungsform 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 erste Planetenradsatz 14 ein Sonnenrad 14A, einen Planetenradträger 14B und ein Hohlrad 14C. Das Sonnenrad 14A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer ersten Welle oder einem ersten Verbindungselement 42 verbunden. Das Hohlrad 14C ist zur gemeinsamen Rotation mit dem Antriebselement 12 verbunden. Der Planetenradträger 14B lagert drehbar einen Satz Planetenräder 14D (von denen nur eines gezeigt ist) und ist zur gemeinsamen Rotation mit einer zweiten Welle oder einem zweiten Verbindungselement 44 verbunden. Die Planetenräder 14D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 14A als auch dem Hohlrad 14C zu kämmen.
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Der zweite Planetenradsatz 16 umfasst ein Sonnenrad 16C, einen Planetenträger 16B, der einen Satz Planetenräder 16D drehbar lagert, und ein Hohlrad 16A. Das Sonnenrad 16C ist zur gemeinsamen Rotation mit dem Antriebselement 12 und mit einer dritten Welle oder einem dritten Verbindungselement 46 verbunden. Der Planetenträger 16B ist zur gemeinsamen Rotation mit dem zweiten Verbindungselement 44 verbunden. Das Hohlrad 16A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer vierten Welle oder einem vierten Verbindungselement 48 und mit einer fünften Welle oder einem fünften Verbindungselement 50 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 dritte 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 dem fünften Verbindungselement 50 verbunden. Das Hohlrad 18C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer sechsten Welle oder einem sechsten Verbindungselement 52 verbunden. Der Planetenträger 18B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer siebten Welle oder einem siebten Verbindungselement 54 und mit einer achten Welle oder einem achten Verbindungselement 56 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 vierte Planetenradsatz 20 umfasst ein Sonnenrad 20C, ein Hohlrad 20A und einen Planetenträger 20B, der einen Satz Planetenräder 20D drehbar lagert. Das Sonnenrad 20C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer neunten Welle oder einem neunten Verbindungselement 58 verbunden. Das Hohlrad 20A ist zur gemeinsamen Rotation mit dem achten Verbindungselement 56 verbunden. Der Planetenträger 20B ist zur gemeinsamen Rotation mit dem sechsten Verbindungselement 52 und mit dem Abtriebselement 22 verbunden. Die Planetenräder 20D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 20C als auch dem Hohlrad 20A 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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Die Drehmomentübertragungsmechanismen oder Kupplungen 26, 28 und die Bremsen 30, 32, 34, 36 sorgen für eine selektive Verbindung der Wellen oder Verbindungselemente, der Elemente der Planetenradsätze und des Gehäuses. Beispielsweise ist die erste Kupplung 26 selektiv einrückbar, um das siebte Verbindungselement 54 mit dem dritten Verbindungselement 46 zu verbinden. Die zweite Kupplung 28 ist selektiv einrückbar, um das neunte Verbindungselement 58 mit dem dritten Verbindungselement 46 zu verbinden. Die erste Bremse 30 ist selektiv einrückbar, um das erste Verbindungselement 42 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 40 zu verbinden und somit eine Rotation des Sonnenrads 14A des ersten Planetenradsatzes 14 relativ zu dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 40 einzuschränken. Die zweite Bremse 32 ist selektiv einrückbar, um das zweite Verbindungselement 44 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 40 zu verbinden und somit eine Rotation des Planetenträgers 14B des ersten Planetenradsatzes 14 und des Planetenträgers 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 relativ zu dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 40 einzuschränken. Die dritte Bremse 34 ist selektiv einrückbar, um das vierte Verbindungselement 48 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 40 zu verbinden und somit eine Rotation des Hohlrads 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 und des Sonnenrads 18A des dritten Planetenradsatzes 18 relativ zu dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 40 einzuschränken. Die vierte Bremse 36 ist selektiv einrückbar, um das achte Verbindungselement 56 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 40 zu verbinden und somit eine Rotation des Planetenträgers 18B des dritten Planetenradsatzes 18 und des Hohlrads 20A des vierten Planetenradsatzes 20 relativ zu dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 40 einzuschränken.
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Nun wird unter Bezugnahme auf die 2 und 3 die Arbeitsweise der Ausführungsform des 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 Vorwärtsdrehzahl- oder -drehmomentverhältnissen und einem Rückwärtsdrehzahl- oder -drehmomentverhältnis zu übertragen. Jedes Vorwärts- und Rückwärtsdrehzahl- oder -drehmomentverhältnis wird durch Einrückung von dreien der Drehmomentübertragungsmechanismen (d. h. erste Kupplung 26, zweite Kupplung 28, erste Bremse 30, zweite Bremse 32, dritte Bremse 34 und vierte 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 Bremse 30 und die vierte Bremse 36 eingerückt oder aktiviert. Die erste Bremse 30 verbindet das erste Verbindungselement 42 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 40, um eine Rotation des Sonnenrads 14A des ersten Planetenradsatzes 14 relativ zu dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 40 einzuschränken. Die vierte Bremse 36 verbindet das achte Verbindungselement 56 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 40, um eine Rotation des Planetenträgers 18B des dritten Planetenradsatzes 18 und des Hohlrads 20A des vierten Planetenradsatzes 20 relativ zu dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 40 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 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.
