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Die Erfindung betrifft ein Getriebe, das zehn 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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Aus der
DE 10 2007 055 808 A1 und der
DE 10 2005 032 881 A1 sind Zehnganggetriebe mit vier Planetenradsätzen und sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen, von denen zwei Bremsen und vier Kupplungen sind, bekannt.
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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 Erfindung, ein alternatives Zehnganggetriebe zur Verfügung zu stellen.
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben:
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1 ist ein Hebeldiagramm des Zehnganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine schematische Darstellung des Zehnganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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3 ist 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 Zehngang-Automatikgetriebe der vorliegenden Erfindung eine Anordnung von permanenten mechanischen Verbindungen zwischen den Elementen der vier Planetenradsätze aufweisen. Ein erstes Bauteil oder Element eines ersten Planetenradsatzes ist permanent mit einem dritten Bauteil oder Element des zweiten Planetenradsatzes gekoppelt. Ein drittes Bauteil oder Element des ersten Planetenradsatzes ist permanent mit einem dritten Bauteil oder Element des vierten Planetenradsatzes gekoppelt. Ein erstes Bauteil oder Element des zweiten Planetenradsatzes ist permanent mit einem zweiten Bauteil oder Element des dritten Planetenradsatzes gekoppelt. Ein erstes Bauteil oder Element des dritten Planetenradsatzes ist permanent mit einem ersten Bauteil oder Element des vierten Planetenradsatzes gekoppelt.
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In 1 ist das erfindungsgemäße Zehnganggetriebe 10 in einem Hebeldiagrammformat veranschaulicht. Ein Hebeldiagramm ist eine schematische Darstellung der Bauteile einer mechanischen Einrichtung, wie eines Automatikgetriebes.
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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.
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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 und mit dem dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt. Das Abtriebselement 22 ist mit dem zweiten Knoten 20B des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt. Der erste Knoten 14A des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 gekoppelt. Der dritte Knoten 14C des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt. Der erste Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 ist mit dem zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt. Der erste Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18 ist mit dem ersten Knoten 20A des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt.
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Eine erste Kupplung 26 verbindet den dritten Knoten 14C des ersten Planetenradsatzes 14 und den dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16. Eine zweite Kupplung 28 verbindet den zweiten Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 selektiv mit dem zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16. Eine dritte Kupplung 30 verbindet den ersten Knoten 14A des ersten Planetenradsatzes 14 und den dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18. Eine erste Bremse 32 verbindet den dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18 selektiv mit einem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 50. Eine zweite Bremse 34 verbindet den zweiten Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 selektiv mit dem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 50. Eine dritte Bremse 36 verbindet den zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 selektiv mit dem Getriebegehäuse 50.
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2 stellt ein schematisches Layout 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 der Antriebswelle oder dem Antriebselement 12 verbunden. Das Hohlrad 14A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer ersten Welle oder einem ersten Verbindungselement 42 verbunden. Der Planetenträger 14B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer zweiten Welle oder einem zweiten Verbindungselement 44 und einer dritten Welle oder einem dritten Verbindungselement 46 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 16C, ein Hohlrad 16A und einen Planetenradträger 16B, der einen Satz Planetenräder 16D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenrad 16C ist zur gemeinsamen Rotation mit der ersten Welle oder dem ersten Verbindungselement 42 verbunden. Das Hohlrad 16A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer vierten Welle oder einem vierten Verbindungselement 48 verbunden. Der Planetenträger 16B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer fünften Welle oder einem fünften Verbindungselement 52 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 18C, ein Hohlrad 18A und einen Planetenradträger 18B, der einen Satz Planetenräder 18D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenrad 18C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer sechsten Welle oder einem sechsten Verbindungselement 54 verbunden. Das Hohlrad 18A ist zur gemeinsamen Rotation mit der siebten Welle oder dem siebten Verbindungselement 56 verbunden. Der Planetenträger 18B ist zur gemeinsamen Rotation mit der vierten Welle oder dem vierten Verbindungselement 48 und mit einer achten Welle oder einem achten Verbindungselement 58 verbunden. Die Planetenräder 18D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 18C als auch dem Hohlrad 18A zu kämmen.
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Der Planetenradsatz 20 umfasst ein Sonnenrad 20C, ein Hohlrad 20A und einen Planetenradträger 20B, der einen Satz Planetenräder 20D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenrad 20C ist zur gemeinsamen Rotation mit der Antriebswelle oder dem Antriebselement 12 verbunden. Das Hohlrad 20A ist zur gemeinsamen Rotation mit der siebten Welle oder dem siebten Verbindungselement 56 verbunden. Der Planetenträger 20B ist zur gemeinsamen Rotation mit der Abtriebswelle oder 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 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 und die Bremsen 32, 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 Antriebswelle oder das Antriebselement 12 mit der fünften Welle oder dem fünften Verbindungselement 52 zu verbinden. Die zweite Kupplung 28 ist selektiv einrückbar, um die dritte Welle oder das dritte Verbindungselement 46 mit der fünften Welle oder dem fünften Verbindungselement 52 zu verbinden. Die dritte Kupplung 30 ist selektiv einrückbar, um die erste Welle oder das erste Verbindungselement 42 mit der sechsten Welle oder dem sechsten Verbindungselement 54 zu verbinden. Die erste Bremse 32 ist selektiv einrückbar, um die sechste Welle oder das sechste Verbindungselement 54 mit dem dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 54 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Die zweite Bremse 34 ist selektiv einrückbar, um die zweite Welle oder das zweite Verbindungselement 44 mit dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 44 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Die dritte Bremse 36 ist selektiv einrückbar, um die achte Welle oder das achte Verbindungselement 58 mit dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 58 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken.
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Nun wird unter Bezugnahme auf 2 und 3 die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Zehnganggetriebes 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 zehn Vorwärtsgängen oder -drehmomentverhältnissen und einem Rückwärtsgang oder -drehmomentverhältnis mit einem Vierfach-Overdrive zu übertragen. Jeder Vorwärts- und Rückwärtsgang- oder jedes Vorwärts- und Rückwärtsdrehmomentverhältnis wird durch Einrückung von drei der sechs 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. 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 dritte Kupplung 30 und die dritte Bremse 36 eingerückt oder aktiviert. Die erste Kupplung 26 verbindet die Antriebswelle oder das Antriebselement 12 mit der fünften Welle oder dem fünften Verbindungselement 52. Die dritte Kupplung 30 verbindet die erste Welle oder das erste Verbindungselement 42 mit der sechsten Welle oder dem sechsten Verbindungselement 54. Die dritte Bremse 36 verbindet die achte Welle oder das achte Verbindungselement 58 mit dem Getriebegehäuse 50, um eine Rotation des Elements 58 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.
