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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE
ANMELDUNGEN
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Diese
Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen
US-Anmeldung Nr. 61/023,506, die am 25. Januar 2008 eingereicht
wurde und deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Bezugnahme in seiner
Gesamtheit mit aufgenommen ist.
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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 zehn oder mehr Gänge, vier
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 Zehnganggetriebe.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es
ist ein Getriebe vorgesehen, das ein Antriebselement, ein Abtriebselement,
vier Planetenradsätze, mehrere Kopplungselemente und mehrere Drehmomentübertragungseinrichtungen
aufweist. Jeder der Planetenradsätze umfasst ein erstes,
zweites und drittes Element. Ein erstes Verbindungselement verbindet
das dritte Element des ersten Planetenradsatzes ständig
mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes. Ein zweites
Verbindungselement verbindet das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes
ständig mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes.
Ein drittes Verbindungselement verbindet das erste Element des dritten
Planetenradsatzes ständig mit dem dritten Element des vierten
Planetenradsatzes. Sechs Drehmomentübertragungsmechanismen
sind selektiv einrückbar, um eines von den ersten, zweiten
und dritten Elementen mit zumindest einem anderen von den ersten
Elementen, den zweiten Elementen, den dritten Elementen und einem
feststehenden Element zu verbinden. Die Drehmomentübertragungsmechanismen
sind selektiv in Kombinationen von zumindest vieren einrückbar,
um zumindest zehn Vorwärts gänge und zumindest
einen Rückwärtsgang zwischen dem Antriebselement
und dem Abtriebselement herzustellen.
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In
einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist ein erster der sechs Drehmomentübertragungsmechanismen
selektiv einrückbar, um das erste Element des ersten Planetenradsatzes mit
dem ersten Element des vierten Planetenradsatzes zu verbinden.
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In
noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist ein zweiter der sechs Drehmomentübertragungsmechanismen
selektiv einrückbar, um das erste Element des ersten Planetenradsatzes
mit dem zweiten Element des vierten Planetenradsatzes zu verbinden.
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In
noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist ein dritter der sechs Drehmomentübertragungsmechanismen
selektiv einrückbar, um das Antriebselement mit dem ersten
Element des dritten Planetenradsatzes und/oder dem dritten Element
des vierten Planetenradsatzes zu verbinden.
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In
noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist ein vierter der sechs Drehmomentübertragungsmechanismen
selektiv einrückbar, um das zweite Element des zweiten
Planetenradsatzes und/oder das dritte Element des dritten Planetenradsatzes
mit dem zweiten Element des vierten Planetenradsatzes zu verbinden.
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In
noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist ein fünfter der sechs Drehmomentübertragungsmechanismen
selektiv einrückbar, um das dritte Element des ersten Planetenradsatzes
und/oder das erste Element des zweiten Planetenradsatzes mit dem
feststehenden Element zu verbinden.
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In
noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist ein sechster der sechs Drehmomentübertragungsmechanismen
selektiv einrückbar, um das dritte Element des zweiten
Planetenradsatzes mit dem feststehenden Element zu verbinden.
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Gemäß noch
einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
sind das dritte Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element
des zweiten, dritten und vierten Planetenradsatzes Sonnenräder,
die zweiten Elemente des ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatzes
sind Träger und das erste Element des ersten Planetenradsatzes
und das dritte Element des zweiten, dritten und vierten Planetenradsatzes
sind Hohlräder.
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In
nochmals einer anderen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist das Antriebselement ständig mit dem zweiten
Element des ersten Planetenradsatzes verbunden und das Abtriebselement
ist ständig mit dem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes
verbunden.
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In
nochmals einer anderen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung sind zwei der Drehmomentübertragungsmechanismen
Bremsen und vier der Drehmomentübertragungsmechanismen
sind Kupplungen.
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In
nochmals einer anderen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist das feststehende Element ein Getriebegehäuse.
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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 Zehnganggetriebes
gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines
Zehnganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
und
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3 ist
eine Wahrheitstabelle, 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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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 Ausführungsformen des
Zehngang-Automatikgetriebes der vorliegenden Erfindung eine Anordnung
von permanenten mechanischen Verbindungen zwischen den Elementen
der vier Planetenradsätze aufweisen. Ein drittes Bauteil
oder Element eines ersten Planetenradsatzes ist permanent mit einem
ersten Bauteil oder Element des zweiten Planetenradsatzes gekoppelt.
Ein zweites Bauteil oder Element eines zweiten Planetenradsatzes
ist permanent mit einem dritten Bauteil oder Element des dritten
Planetenradsatzes gekoppelt. Ein erstes Bauteil oder Element des
dritten Planetenradsatzes ist permanent mit einem dritten Bauteil
oder Element des vierten Planetenradsatzes gekoppelt.
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Nun
unter Bezugnahme auf
1 ist eine Ausführungsform
eines Zehnganggetriebes
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 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 Finger dargestellt.
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,
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 zweiten Knoten 14B des
ersten Planetenradsatzes 14 gekoppelt. Das Abtriebselement 22 ist
mit dem zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt.
Der dritte Knoten 14C des ersten Planetenradsatzes 14 ist
mit dem ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 gekoppelt.
Der zweite Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 ist
mit dem dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt.
Der erste Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18 ist
mit dem dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt.
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Eine
erste Kupplung 26 verbindet den ersten Knoten 14A des
ersten Planetenradsatzes 14 selektiv mit dem ersten Knoten 20A des
vierten Planetenradsatzes 20. Eine zweite Kupplung 28 verbindet
den ersten Knoten 14A des ersten Planetenradsatzes 14 selektiv
mit dem zweiten Knoten 20B des vierten Planetenradsatzes 20.
Eine dritte Kupplung 30 verbindet den zweiten Knoten 14B des
zweiten Planetenradsatzes 14 selektiv mit dem dritten Knoten 20C des vierten
Planetenradsatzes 20. Eine vierte Kupplung 32 verbindet
den zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 und
den dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18 selektiv mit
dem zweiten Knoten 20B des vierten Planetenradsatzes 20.
Eine erste Bremse 34 verbindet den dritten Knoten 14C des
ersten Planetenradsatzes 14 selektiv mit einem feststehenden
Element oder Getriebegehäuse 50. Eine zweite Bremse 36 verbindet
den dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit
einem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 50.
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Nun
unter Bezugnahme auf 2 stellt ein Stickdiagramm ein
schematisches Layout der Ausführungsform des Zehnganggetriebes 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung dar. In 2 wird die Nummerierung aus
dem Hebeldiagramm von 1 übernommen. Die Kupplungen
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 14C,
ein Hohlrad 14A und einen Planetenradträger 14B,
der einen Satz Planetenräder 14D (von denen nur
eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenrad 14C ist
zur gemeinsamen Rotation mit einer ersten Welle oder einem ersten
Zwischenelement 42 verbunden. Das Hohlrad 14A ist zur
gemeinsamen Rotation mit einer zweiten Welle oder einem zweiten
Zwischenelement 44 verbunden. Der Planetenträger 14B ist
zur gemeinsamen Rotation mit der Antriebswelle oder dem Antriebselement 12 verbunden.
Der Satz Planetenräder 14D ist derart konfiguriert,
dass ein jedes mit sowohl dem Sonnenrad 14C als auch dem
Hohlrad 14A kämmt.
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Der
Planetenradsatz 16 umfasst ein Sonnenrad 16A,
ein Hohlrad 16C und einen Planetenradträger 16B,
der einen Satz Planetenräder 16D (von denen nur
eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenrad 16A ist
zur gemeinsamen Rotation mit der ersten Welle oder dem ersten Zwischenele ment 42 und
mit einer dritten Welle oder einem dritten Zwischenelement 46 verbunden.
Das Hohlrad 16C ist mit der Bremse 36 verbunden.
Der Planetenträger 16B ist zur gemeinsamen Rotation
mit einer vierten Welle oder einem vierten Zwischenelement 48 verbunden. Die
Planetenräder 16D sind jeweils konfiguriert, um mit
sowohl dem Sonnenrad 16A als auch dem Hohlrad 16C zu
kämmen.
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Der
Planetenradsatz 18 umfasst ein Sonnenrad 18A,
ein Hohlrad 18C und einen Planetenradträger 18B,
der einen Satz Planetenräder 18D (von denen nur
eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenrad 18A ist
zur gemeinsamen Rotation mit einem fünften Zwischenelement 52 verbunden.
Das Hohlrad 18C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer
vierten Welle oder einem vierten Zwischenelement 48 verbunden.
Der Planetenträger 18B ist zur gemeinsamen Rotation
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,
ein Hohlrad 20C und einen Planetenradträger 20B,
der einen Satz Planetenräder 20D (von denen nur
eines gezeigt ist) drehbar lagert. Die Planetenräder 20D sind
jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 20A als
auch dem Hohlrad 20C zu kämmen. Das Sonnenrad 20A ist
zur gemeinsamen Rotation mit einer sechsten Welle oder einem sechsten
Zwischenelement 54 verbunden. Das Hohlrad 20C ist
zur gemeinsamen Rotation mit der fünften Welle oder dem
fünften Zwischenelement 52 verbunden. Der Planetenträger 20B ist
zur gemeinsamen Rotation mit einem siebten Zwischenelement 56 verbunden.
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Die
Antriebswelle oder das Antriebselement 12 ist 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 ständig mit
der Achsantriebseinheit oder dem Verteilergetriebe (das nicht gezeigt
ist) verbunden.
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Die
Drehmomentübertragungsmechanismen oder Kupplungen 26, 28, 30, 32 und
Bremsen 34 und 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 die zweite Welle oder das zweite Zwischenelement 44 mit
der sechsten Welle oder dem sechsten Zwischenelement 54 zu
verbinden. Die zweite Kupplung 28 ist selektiv einrückbar,
um die zweite Welle oder das zweite Zwischenelement 44 mit
der siebten Welle oder dem siebten Zwischenelement 56 zu
verbinden. Die dritte Kupplung 30 ist selektiv einrückbar,
um die Antriebswelle oder das Antriebselement 12 mit der fünften
Welle oder dem fünften Zwischenelement 52 zu verbinden.
Die vierte Kupplung 32 ist selektiv einrückbar,
um die vierte Welle oder das vierte Zwischenelement 48 mit
der siebten Welle oder dem siebten Zwischenelement 56 zu
verbinden. Die erste Bremse 34 ist selektiv einrückbar,
um die dritte Welle oder das dritte Zwischenelement 46 mit
dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden
und somit eine Rotation des Elements 46 relativ zu dem
Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Die
zweite Bremse 36 ist selektiv einrückbar, um das Hohlrad 16C mit
dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50 zu
verbinden und somit eine Rotation des Elements 16C relativ
zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken.
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Nun
wird unter Bezugnahme auf 2 und 3 die
Arbeitsweise der Ausführungsform des Zehnganggetriebes 10 beschrieben.
Es ist festzu stellen, dass das Getriebe 10 in der Lage
ist, Drehmoment von der Antriebswelle oder dem Antriebselement 12 auf
die Abtriebswelle oder das Abtriebselement 22 in zumindest
zehn Vorwärtsgängen oder -drehmomentverhältnissen
und zumindest einem Rückwärtsgang oder -drehmomentverhältnis
mit einem Dreifach-Overdrive zu übertragen. Jeder Vorwärts-
und Rückwärtsgang oder jedes Vorwärts-
und Rückwärtsdrehmomentverhältnis wird
durch Einrückung von einem oder mehreren der Drehmomentübertragungsmechanismen
(d. h. erste Kupplung 26, zweite Kupplung 28,
dritte Kupplung 30, vierte Kupplung 32, erste
Bremse 34 und zweite Bremse 36) 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. Ein "X" in dem
Kasten bedeutet, dass die besondere Kupplung oder Bremse eingerückt
ist, um den gewünschten Gangzustand zu erreichen. Ein "O"
stellt dar, dass die besondere Drehmomentübertragungseinrichtung
(d. h. eine Bremse oder Kupplung) ein oder aktiv ist, aber kein
Drehmoment transportiert. 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 Rückwärtsgang herzustellen, werden die erste
Kupplung 26, die vierte Kupplung 32, die erste
Bremse 34 und die zweite Bremse 36 einge rückt
oder aktiviert. Die erste Kupplung 26 verbindet die zweite
Welle oder das zweite Zwischenelement 44 mit der sechsten
Welle oder dem sechsten Zwischenelement 54. Die vierte
Kupplung 32 verbindet die vierte Welle oder das vierte
Zwischenelement 48 mit der siebten Welle oder dem siebten
Zwischenelement 56. Die erste Bremse 34 verbindet
die dritte Welle oder das dritte Zwischenelement 46 mit
dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50,
um eine Rotation des Elements 46 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken.
Die zweite Bremse 36 verbindet das Hohlrad 16C mit
dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50, um
eine Rotation des Elements 16C relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken.
Gleichermaßen werden die zehn 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 Zehnganggetriebes 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 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 Gedanken 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 [0024]