DE102010007471B4

DE102010007471B4 - Zehnganggetriebe

Info

Publication number: DE102010007471B4
Application number: DE102010007471.3A
Authority: DE
Inventors: Andrew W. Phillips; James M. Hart; Clinton E. Carey; Scott H. Wittkopp
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2019-02-21
Anticipated expiration: 2030-02-11
Also published as: DE102010007471A1; CN101871514A; US20100210395A1; CN101871514B; US8043192B2

Abstract

Getriebe (10), umfassend:
ein Getriebegehäuse (50);
ein Antriebselement (12);
ein Abtriebselement (22);
einen ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatz (14, 16, 18, 20), die jeweils ein Sonnenrad (14A, 16A, 18A, 20A), einen Träger (14B, 16B, 18C, 20B) und ein Hohlrad (14C, 16C, 18B, 20C) aufweisen, wobei das Antriebselement (12) ständig mit dem Träger (18C) des dritten Planetenradsatzes (18) verbunden ist, und wobei das Abtriebselement (22) ständig mit dem Hohlrad (14C) des ersten Planetenradsatzes (14) und dem Träger (16B) des zweiten Planetenradsatzes (16) verbunden ist, wobei der Planetenradträger (18C) des dritten Planetenradsatzes (18) einen ersten Satz Planetenräder (18D) und einen zweiten Satz Planetenräder (18E) drehbar lagert, wobei der erste Satz Planetenräder (18D) konfiguriert ist, um mit sowohl dem Sonnenrad (18A) des dritten Planetenradsatzes (18) als auch dem zweiten Satz Planetenräder (18E) zu kämmen und der zweite Satz Planetenräder (18E) konfiguriert ist, um mit sowohl dem Hohlrad (18B) des dritten Planetenradsatzes (18) als auch dem ersten Satz Planetenräder (18D) zu kämmen;
ein erstes Verbindungselement (42), das das Sonnenrad (14A) des ersten Planetenradsatzes (14) ständig mit dem Sonnenrad (16A) des zweiten Planetenradsatzes (16) verbindet;
ein zweites Verbindungselement (54), das das Sonnenrad (18A) des dritten Planetenradsatzes (18) ständig mit dem Sonnenrad (20A) des vierten Planetenradsatzes (20) verbindet; und
eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung (26), die selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (14A) des ersten Planetenradsatzes (14) und das Sonnenrad (16A) des zweiten Planetenradsatzes (16) mit dem Hohlrad (18B) des dritten Planetenradsatzes (18) zu verbinden;
eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (28), die selektiv einrückbar ist, um den Träger (18C) des dritten Planetenradsatzes (18) mit dem Träger (20B) des vierten Planetenradsatzes (20) zu verbinden;
eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung (30), die selektiv einrückbar ist, um den Träger (14B) des ersten Planetenradsatzes (14) mit dem Träger (20B) des vierten Planetenradsatzes (20) zu verbinden;
eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung (32), die selektiv einrückbar ist, um das Hohlrad (16C) des zweiten Planetenradsatzes (16) mit dem Hohlrad (20C) des vierten Planetenradsatzes (20) zu verbinden;
eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung (34), die selektiv einrückbar ist, um das Hohlrad (20C) des vierten Planetenradsatzes (20) mit dem Getriebegehäuse (50) zu verbinden; und
eine sechste Drehmomentübertragungseinrichtung (36), die selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (20A) des vierten Planetenradsatzes (20) mit dem Getriebegehäuse (50) zu verbinden; und
wobei die Drehmomentübertragungseinrichtungen (26, 28, 30, 32, 34, 36) selektiv in Kombinationen von vieren einrückbar sind, um zehn Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang zwischen dem Antriebselement (12) und dem Abtriebselement (22) herzustellen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe, das zehn Gänge, vier Planetenradsätze und sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist.
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.
Die nachveröffentlichte DE 10 2008 056 248 A1 offenbart ein Zehnganggetriebe mit vier Planetenradsätzen und sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen, von denen zwei Bremsen und vier Kupplungen sind. Das Abtriebselement ist ständig allein mit dem Träger eines Planetenradsatzes verbunden. Das Eingangselement ist mit dem Sonnenrad des eingangsseitigen, mit einem einfachen Planetenradträger gebildeten Planetenradsatzes verbunden.
Aus der DE 10 2005 032 879 A1 ist ein Elfganggetriebe mit vier Planetenradsätzen und sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen bekannt, von denen zwei durch Bremsen und vier durch Kupplungen gebildet sind. Auch hier ist das Abtriebselement ständig allein mit dem Träger eines Planetenradsatzes verbunden. Alle drei Elemente des eingangsseitigen Planetenradsatzes sind über Kupplungen mit Elementen nachgelagerter Planetenradsätze verbindbar.
Obgleich gegenwärtige Getriebe ihren vorgesehenen Zweck erfüllen, ist der Bedarf für neue und verbesserte Getriebekonfigurationen, die ein verbessertes Leistungsvermögen, insbesondere von den Standpunkten des Wirkungsgrades, des Ansprechvermögens und des ruhigen Betriebes aus, sowie einen verbesserten Bauraum, primär reduzierte Größe und reduziertes Gewicht, zeigen, im Wesentlichen konstant. Dementsprechend gibt es einen Bedarf für ein verbessertes, kosteneffektives und kompaktes Mehrganggetriebe.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Zehnganggetriebe mit vier Planetenradsätzen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Getriebe mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft beschrieben:

1 ist ein Hebeldiagramm eines Zehnganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Ansicht des Zehnganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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.

Zu Beginn ist festzustellen, dass das Zehngang-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 zweiten Planetenradsatzes gekoppelt. Ein zweites Bauteil oder Element des zweiten Planetenradsatzes ist permanent mit einem dritten Bauteil oder Element eines ersten Planetenradsatzes gekoppelt. Schließlich ist ein erstes Bauteil oder Element eines dritten Planetenradsatzes permanent mit einem ersten Bauteil oder Element eines vierten Planetenradsatzes gekoppelt.
In 1 ist das erfindungsgemäße 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 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 Finger dargestellt. Wenn die Einrichtung eine Bremse ist, ist ein Satz der Finger am Getriebegehäuse festgelegt.
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.
Das Antriebselement 12 ist mit dem dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt. Das Abtriebselement 22 ist mit dem zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 gekoppelt. Der erste Knoten 14A des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 gekoppelt. Der dritte Knoten 14C des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 gekoppelt. Der erste Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18 ist mit dem ersten Knoten 20A des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt.
Eine erste Kupplung 26 verbindet den ersten Knoten 14A des ersten Planetenradsatzes 14 selektiv mit dem zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18. Eine zweite Kupplung 28 verbindet den dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18 selektiv mit dem zweiten Knoten 20B des vierten Planetenradsatzes 20. Eine dritte Kupplung 30 verbindet den zweiten Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 selektiv mit dem zweiten Knoten 20B des vierten Planetenradsatzes 20. Eine vierte Kupplung 32 verbindet den dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20. Eine erste Bremse 34 verbindet den dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20 selektiv mit einem Getriebegehäuse 50. Eine zweite Bremse 36 verbindet den ersten Knoten 18 des dritten Planetenradsatzes 18 selektiv mit dem Getriebegehäuse 50.
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, Bremsen und Kopplungen sind entsprechend dargestellt, wohingegen die Knoten der Planetenradsätze nun als Bauteile von Planetenradsätzen, wie Sonnenräder, Hohlräder, Planetenräder und Planetenradträger, erscheinen.
Der Planetenradsatz 14 umfasst ein Sonnenrad 14A, ein Hohlrad 14C und einen Planetenradträger 14B, der einen Satz Planetenräder 14D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Die Planetenräder 14D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 14A als auch dem Hohlrad 14C zu kämmen. Das Sonnenrad 14A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer ersten Welle oder einem ersten Zwischenelement 42 und einer zweiten Welle oder einem zweiten Zwischenelement 44 verbunden. Das Hohlrad 14C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer dritten Welle oder einem dritten Zwischenelement 46 verbunden. Der Planetenträger 14B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer vierten Welle oder einem vierten Zwischenelement 48 verbunden.
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. Die Planetenräder 16D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 16A als auch dem Hohlrad 16C zu kämmen. Das Sonnenrad 16A ist zur gemeinsamen Rotation mit der ersten Welle oder dem ersten Zwischenelement 42 verbunden. Das Hohlrad 16C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer fünften Welle oder einem fünften Zwischenelement 52 verbunden. Der Planetenträger 16B ist zur gemeinsamen Rotation mit dem dritten Zwischenelement 46 und mit dem Abtriebselement 22 verbunden.
Der Planetenradsatz 18 umfasst ein Sonnenrad 18A, ein Hohlrad 18B und einen Planetenradträger 18C, der einen ersten Satz Planetenräder 18D (von denen nur eines gezeigt ist) und einen zweiten Satz Planetenräder 18E (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Der erste Satz Planetenräder 18D ist konfiguriert, um jeweils mit sowohl dem Sonnenrad 18A als auch dem zweiten Satz Planetenräder 18E zu kämmen. Der zweite Satz Planetenräder 18E ist konfiguriert, um mit sowohl dem Hohlrad 18B als auch dem ersten Satz Planetenräder 18D zu kämmen. Das Sonnenrad 18A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer sechsten Welle oder einem sechsten Zwischenelement 54 verbunden. Das Hohlrad 18B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer siebten Welle oder einem siebten Zwischenelement 56 verbunden. Der Planetenträger 18C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer achten Welle oder einem achten Zwischenelement 58 und mit der Antriebswelle oder dem Antriebselement 12 verbunden.
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. Der Satz Planetenräder 20D ist derart konfiguriert, dass ein jedes mit sowohl dem Sonnenrad 20A als auch dem Hohlrad 20C kämmt. Das Sonnenrad 20A ist zur gemeinsamen Rotation mit der sechsten Welle oder dem sechsten Zwischenelement 54 und mit einer neunten Welle oder einem neunten Zwischenelement 60 verbunden. Das Hohlrad 20C ist zur gemeinsamen Rotation mit der zehnten Welle oder dem zehnten Zwischenelement 62 verbunden. Der Planetenträger 20B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer elften Welle oder einem elften Zwischenelement 64 verbunden.
Die Antriebswelle oder das Antriebselement 12 ist ständig mit einem Motor (der 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.
Die Drehmomentübertragungsmechanismen oder die Kupplungen 26, 28, 30, 32 und die Bremsen 34 und 36 sorgen für eine selektive Verbindung der Wellen oder Zwischenelemente, der Elemente der Planetenradsätze und des Gehäuses. Zum Beispiel ist die erste Kupplung 26 selektiv einrückbar, um die zweite Welle oder das zweite Zwischenelement 44 mit der siebten Welle oder dem siebten Zwischenelement 56 zu verbinden. Die zweite Kupplung 28 ist selektiv einrückbar, um die achte Welle oder das achte Zwischenelement 58 mit der elften Welle oder dem elften Zwischenelement 64 zu verbinden. Die dritte Kupplung 30 ist selektiv einrückbar, um die vierte Welle oder das vierte Zwischenelement 48 mit der elften Zwischenwelle oder dem elften Zwischenelement 64 zu verbinden. Die vierte Kupplung 32 ist selektiv einrückbar, um die fünfte Welle oder das fünfte Zwischenelement 52 mit der zehnten Zwischenwelle oder dem zehnten Zwischenelement 62 zu verbinden. Die erste Bremse 34 ist selektiv einrückbar, um die zehnte Welle oder das zehnte Zwischenelement 62 und das Hohlrad 20C mit dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation der zehnten Welle oder des zehnten Zwischenelements 62 und des Hohlrads 20C relativ zu dem Getriebegehäuse 50 zu verhindern. Die zweite Bremse 36 ist selektiv einrückbar, um die neunte Welle oder das neunte Zwischenelement 60 mit dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation der neunten Welle oder des neunten Zwischenelements 60 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 zu verhindern.
Nun wird unter Bezugnahme auf die 2 und 3 die Arbeitsweise des 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 vieren 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 Schalttabelle, die die verschiedenen Kombinationen von Drehmomentübertragungselementen 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 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.
Um den Rückwärtsgang herzustellen, werden die erste Kupplung 26, die dritte Kupplung 30, die erste Bremse 34 und die zweite Bremse 36 eingerückt oder aktiviert. Die erste Kupplung 26 verbindet die zweite Welle oder das zweite Zwischenelement 44 mit der siebten Welle oder dem siebten Zwischenelement 56. Die dritte Kupplung 30 verbindet die vierte Welle oder das vierte Zwischenelement 48 mit der elften Zwischenwelle oder dem elften Zwischenelement 64. Die erste Bremse 34 verbindet die zehnte Welle oder das zehnte Zwischenelement 62 und das Hohlrad 20C mit dem Getriebegehäuse 50, um eine Rotation der zehnten Welle oder des zehnten Zwischenelements 62 und des Hohlrads 20C relativ zu dem Getriebegehäuse 50 zu verhindern. Die zweite Bremse 36 verbindet die neunte Welle oder das neunte Zwischenelement 60 mit dem Getriebegehäuse 50, um eine Rotation der neunten Welle oder des neunten Zwischenelements 60 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 zu verhindern. Gleichermaßen werden die zehn Vorwärtsgänge durch unterschiedliche Kombinationen einer Kupplungs- und Bremseneinrückung erreicht, wie es in 3 gezeigt ist.
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 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.