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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE
ANMELDUNGEN
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Diese
Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen
US-Anmeldung Nr. 60/868,423, die am 4. Dezember 2006 eingereicht
wurde. Der Offenbarungsgehalt der obigen Anmeldung ist hierin durch Bezugnahme
mit aufgenommen.
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GEBIET
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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.
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HINTERGRUND
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Die
Aussagen in diesem Abschnitt liefern lediglich Hintergrundinformation,
die mit der vorliegenden Offenbarung in Beziehung steht, und können Stand
der Technik bilden oder nicht.
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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 Bau raum, die Kosten und die gewünschten
Drehzahlverhältnisse oder Gänge vorgeschrieben.
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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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ZUSAMMENFASSUNG
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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.
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Eine
Ausführungsform des Getriebes 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 ersten Planetenradsatzes
verbunden ist, ein erstes Verbindungselement, das das zweite Element
des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem zweiten Element
des zweiten Planetenradsatzes verbindet, und ein zweites Verbindungselement,
das das dritte Element des ersten Planetenradsatzes ständig
mit dem dritten 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 einem
feststehenden Element zu verbinden. Die Drehmomentübertragungsmechanismen
sind selektiv in Kombinationen von zumindest dreien einrückbar,
um zumindest acht Vorwärtsgänge und zumindest
einen Rückwärtsgang zwischen dem Antriebselement
und dem Abtriebselement herzustellen.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein erster der sechs Drehmomentübertragungsmechanismen
selektiv einrückbar, um das erste Element des zweiten Planetenradsatzes
mit dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes zu verbinden.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein zweiter der sechs
Drehmomentübertragungsmechanismen selektiv einrückbar, um
das erste Element des zweiten Planetenradsatzes mit dem zweiten
Element des dritten Planetenradsatzes zu verbinden.
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Gemäß noch
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein dritter
der sechs Drehmomentübertragungsmechanismen selektiv einrückbar, um
das erste Element des ersten Planetenradsatzes mit dem zweiten Element
des dritten Planetenradsatzes zu verbinden.
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Gemäß noch
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein vierter
der sechs Drehmomentübertragungsmechanismen selektiv einrückbar, um
das zweite Element des ersten Planetenradsatzes mit dem Antriebselement
zu verbinden.
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Gemäß noch
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein fünfter
der sechs Drehmomentübertragungsmechanismen selektiv einrückbar, um
das erste Element des dritten Planetenradsatzes mit dem feststehenden
Element zu verbinden.
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Gemäß noch
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein sechster
der sechs Drehmomentübertragungsmechanismen selektiv einrückbar,
um das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes mit dem feststehenden
Element zu verbinden.
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Gemäß noch
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die ersten
Elemente Sonnenräder, die zweiten Elemente sind Träger,
und die dritten Elemente sind Hohlräder.
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Gemäß noch
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind zwei der Drehmomentübertragungsmechanismen
Bremsen zum Verbinden mehrerer der ersten, zweiten und dritten Elemente mit
dem feststehenden Element, und vier der Drehmomentübertragungsmechanismen
sind Kupplungen zum Verbinden eines Satzes aus den ersten, zweiten
und dritten Elementen mit einem anderen Satz aus den ersten, zweiten
und dritten Elementen.
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Weitere
Aufgaben, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen
deutlich werden, in denen gleiche Bezugszeichen auf das gleiche
Bauteil, Element oder Merkmal verweisen.
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ZEICHNUNGEN
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Die
hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Darstellungszwecken
und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung in keiner
Weise einschränken.
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1 ist
ein Hebeldiagramm einer Ausführungsform eines Achtganggetriebes
gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Achtganggetriebes
gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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3 ist
eine Wahrheitstabelle, 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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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die
folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll
die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Nutzungen nicht begrenzen.
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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 ein erstes
Bauteil oder Element eines ersten Planetenradsatzes permanent mit
einem ersten Bauteil oder Element eines zweiten Planetenradsatzes
gekoppelt, und ein zweites Bau teil oder Element des ersten Planetenradsatzes
ist permanent mit einem zweiten Bauteil oder Element des zweiten
Planetenradsatzes gekoppelt.
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Nun
unter Bezugnahme auf
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 Planetengetriebes 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 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 als ineinander greifende Finger dargestellt.
Wenn die Einrichtung eine Bremse ist, ist ein Satz der Finger auf
Masse festgelegt. 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
hiermit vollständig durch Bezugnahme mit aufgenommen ist.
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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.
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Das
Antriebselement 12 ist mit dem zweiten Knoten 54 des
dritten Planetenradsatzes 20 gekoppelt. Das Abtriebselement 14 ist
mit dem zweiten Knoten 24 des ersten Planetenradsatzes 16 gekoppelt.
Der zweite Knoten 24 des ersten Planetenradsatzes 16 ist
mit dem zweiten Knoten 44 des zweiten Planetenradsatzes 18 gekoppelt.
Der dritte Knoten 28 des ersten Planetenradsatzes 16 ist
mit dem dritten Knoten 46 des zweiten Planetenradsatzes 18 gekoppelt.
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Eine
erste Kupplung 62 verbindet den ersten Knoten 52 des
dritten Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem ersten Knoten 42 des
zweiten Planetenradsatzes 18. Eine zweite Kupplung 64 verbindet
den dritten Knoten 56 des dritten Planetenradsatzes 20 selektiv
mit dem ersten Knoten 42 des zweiten Planetenradsatzes 18.
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 dritten Knoten 28 des ersten Planetenradsatzes 16 selektiv
mit dem Antriebselement 12. Eine erste Bremse 70 verbindet
den ersten Knoten 52 des dritten Planetenradsatzes 20 selektiv
mit der Masse oder einem Getriebegehäuse 80. Eine
zweite Bremse 72 verbindet den dritten Knoten 46 des
zweiten Planetenradsatzes 18 selektiv mit der Masse oder dem
Getriebegehäuse 80.
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Nun
unter Bezugnahme auf 2 stellt ein Stickdiagramm 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.
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Beispielsweise
umfasst der erste Planetenradsatz 16 ein Sonnenrad 22,
ein Hohlrad 24 und einen Träger 28, der
einen Satz kämmende Planetenräder 32A und 32B drehbar
lagert. Die Planetenräder 32A und 32B sind
auch ausgestaltet, 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 verbunden.
Das Hohlrad 24 ist zur gemeinsamen Rotation mit einer zweiten
Verbindungswelle oder einem zweiten Verbindungselement 35 und
dem Abtriebselement 14 verbunden. Der Träger 28 ist
zur gemeinsamen Rotation mit einer dritten Verbindungswelle oder
einem dritten Verbindungselement 36 und einer vierten Verbindungswelle
oder einem vierten Verbindungselement 37 verbunden.
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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 einer fünften Verbindungswelle
oder einem fünften Verbindungselement 38 verbunden.
Das Hohlrad 44 ist zur gemeinsamen Rotation mit dem zweiten
Verbindungselement 35 verbunden. Der Träger 46 ist
zur gemeinsamen Rotation mit dem dritten Verbindungselement 36 und
einer sechsten Verbindungswelle oder einem sechsten Verbindungselement 39 verbunden.
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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 siebten Verbindungswelle oder
einem siebten Verbindungselement 40 verbunden. Das Hohlrad 54 ist
zur gemeinsamen Rotation mit dem Antriebselement 12 verbunden.
Der Träger 56 ist zur gemeinsamen Rotation mit
einer achten Verbindungswelle oder einem achten Verbindungselement 41 verbunden.
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Das
Antriebselement 12 ist ständig mit einer Maschine
(die nicht gezeigt ist) oder mit einem Turbinenrad eines Drehmomentwandlers
(der nicht gezeigt ist) verbunden. Das Abtriebselement 14 ist
ständig mit einer Achsantriebseinheit oder einem Verteilergetriebe
(das nicht gezeigt ist) verbunden.
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Die
Drehmomentübertragungsmechanismen oder Kupplungen 62, 64, 66, 68 und
die Bremsen 70, 72 sorgen für eine selektive
Verbindung der Wellen oder Verbindungselemente, der Elemente der
Planetenradsätze und des Gehäuses. Beispielsweise
ist die erste Kupplung 62 selektiv einrückbar,
um das fünfte Verbindungselement 38 mit dem siebten
Verbindungselement 40 zu verbinden. Die zweite Kupplung 64 ist
selektiv einrückbar, um das fünfte Verbindungselement 38 mit
dem achten Verbindungselement 41 zu verbinden. Die dritte
Kupplung 66 ist selektiv einrückbar, um das erste
Verbindungselement 34 mit dem achten Verbindungselement 41 zu
verbinden. Die vierte Kupplung 68 ist selektiv einrückbar, um
das vierte Verbindungselement 37 mit dem Antriebselement 12 zu
verbinden. Die erste Bremse 70 ist selektiv einrückbar,
um das siebte Verbindungselement 40 mit der Masse oder
dem Getriebegehäuse 80 zu verbinden und somit
eine Rotation des siebten Verbindungsele ments 40 relativ
zu dem Gehäuse 80 einzuschränken. Die
zweite Bremse 72 ist selektiv einrückbar, um das
sechste Verbindungselement 39 mit der Masse oder dem Getriebegehäuse 80 zu
verbinden und somit eine Rotation des sechsten Verbindungselements 39 relativ
zu dem Gehäuse 80 einzuschränken.
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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 Vorwärtsgängen oder -drehmomentverhältnissen
und zumindest einem Rückwärtsgang oder -drehmomentverhältnis
zu übertragen. Jedes Vorwärts- und Rückwärtsdrehzahl-
oder -drehmomentverhältnis wird durch Einrückung
von einem oder mehreren der Drehmomentübertragungsmechanismen
(d. h. erste Kupplung 62, zweite Kupplung 64,
dritte Kupplung 66, vierte Kupplung 68, erste
Bremse 70 und zweite Bremse 72) erzielt, wie es
nachstehend erläutert wird. 3 ist eine
Wahrheitstabelle, 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
einen ersten Rückwärtsgang herzustellen, werden
die zweite Bremse 72, die erste Kupplung 62 und
die zweite Kupplung 64 eingerückt oder aktiviert.
Die zweite Bremse 72 verbindet das sechste Verbindungselement 39 mit
der Masse oder dem Getriebegehäuse 80, um eine
Rotation des sechsten Verbindungselements 39 relativ zu
dem Gehäuse 80 einzuschränken. Die erste
Kupplung 62 verbindet das fünfte Verbindungselement 38 mit
dem siebten Verbindungselement 40. Die zweite Kupplung 64 verbindet
das fünfte Verbindungselement 38 mit dem achten
Verbindungselement 41. Gleichermaßen werden die
acht 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 Achtganggetriebes 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.
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Die
Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur, und
Abwandlungen, die nicht vom Gedanken der Erfindung abweichen, sollen
im Schutzumfang der Erfindung liegen. Derartige Abwandlungen sind
nicht als eine Abweichung vom Geist und Schutzumfang der Erfindung
anzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - SAE Paper
810102 "The Lever Analogy: A New Tool in Transmission Analysis"
von Benford und Leising [0023]