DE102010007972B4

DE102010007972B4 - Zehnganggetriebe

Info

Publication number: DE102010007972B4
Application number: DE102010007972.3A
Authority: DE
Inventors: James M. Hart; Andrew W. Phillips; Clinton E. Carey; Scott H. Wittkopp
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-02-24
Filing date: 2010-02-15
Publication date: 2018-12-27
Anticipated expiration: 2030-02-16
Also published as: DE102010007972A1; CN101900189A; US8070646B2; CN101900189B; US20100216589A1

Abstract

Getriebe (10), umfassend:
ein Antriebselement (12);
ein Abtriebselement (22);
einen ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatz (14, 16, 18, 20), die jeweils ein Sonnenrad (14A, 16C, 18A, 20C), einen Träger (14B, 16B, 18B, 20B) und ein Hohlrad (14C, 16A, 18C, 20A) aufweisen, wobei das Antriebselement (12) ständig mit dem Träger (20B) des vierten Planetenradsatzes (20) verbunden ist und das Abtriebselement (22) ständig mit dem Hohlrad (16A) des zweiten Planetenradsatzes (16) und dem Träger (18B) des dritten Planetenradsatzes (18) verbunden ist;
ein erstes Verbindungselement (44), das das Hohlrad (14C) des ersten Planetenradsatzes (14) ständig mit dem Sonnenrad (16C) des zweiten Planetenradsatzes (16) verbindet;
ein zweites Verbindungselement (46), das den Träger (14B) des ersten Planetenradsatzes (14) und den Träger (16B) des zweiten Planetenradsatzes (16) ständig mit dem Hohlrad (18C) des dritten Planetenradsatzes (18) verbindet;
ein drittes Verbindungselement (52), das das Sonnenrad (18A) des dritten Planetenradsatzes (18) ständig mit dem Hohlrad (20A) des vierten Planetenradsatzes (20) verbindet;
eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung (26), die selektiv einrückbar ist, um den Träger (20B) des vierten Planetenradsatzes (20) mit einer Zwischenwelle (38) zu verbinden;
eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (28), die selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (20C) des vierten Planetenradsatzes (20) mit der Zwischenwelle (38) zu verbinden;
eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung (30), die selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (14A) des ersten Planetenradsatzes (14) mit der Zwischenwelle (38) zu verbinden;
eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung (32), die selektiv einrückbar ist, um das Hohlrad (14C) des ersten Planetenradsatzes (14) und das Sonnenrad (16C) des zweiten Planetenradsatzes (16) mit der Zwischenwelle (38) zu verbinden;
eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung (34), die selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (20C) des vierten Planetenradsatzes (20) mit einem Getriebegehäuse (50) zu verbinden; und
eine sechste Drehmomentübertragungseinrichtung (36), die selektiv einrückbar ist, um den Träger (14B) des ersten Planetenradsatzes (14), den Träger (16B) des zweiten Planetenradsatzes (16) und das Hohlrad (18C) des dritten Planetenradsatzes (18) mit dem Getriebegehäuse (50) zu verbinden, und
wobei die Drehmomentübertragungseinrichtungen (26, 28, 30, 32, 34, 36) selektiv in Kombinationen von dreien 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 2010 005 292 A1 offenbart ein Zehnganggetriebe mit vier Planetenradsätzen und sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen, wobei eine Zwischenwelle vorgesehen ist, mit der Zahnradelemente der einzelnen Planetenradsätze über vier Kupplungen verbindbar sind. Es besteht keine ständige Verbindung zwischen dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes und dem Hohlrad des ersten Planentenradsatzes. Das Hohlrad des ersten Planentenradsatzes ist gemeinsam mit dem Träger des zweiten Planetenradsatzes verbunden.
Aus der DE 10 2008 032 013 A1 ist ein Zehnganggetriebe mit vier Planetenradsätzen und sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen bekannt, das keine Zwischenwelle aufweist, mit der über vier Kupplungen Zahnradelemente der einzelnen Planetenradsätze verbindbar sind.
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 Getriebe mit zehn Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang bereitzustellen.
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 in dem besonderen gegebenen Beispiel das Zehngang-Automatikgetriebe der vorliegenden Erfindung eine Anordnung von permanenten mechanischen Verbindungen zwischen den Elementen der vier Planetenradsätze aufweist. Ein zweites Bauteil oder Element eines ersten Planetenradsatzes ist permanent mit einem zweiten Bauteil oder Element des zweiten Planetenradsatzes gekoppelt. Ein drittes Bauteil oder Element des 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 zweiten Bauteil oder Element eines dritten Planetenradsatzes gekoppelt. Ein zweites Bauteil oder Element des zweiten Planetenradsatzes ist permanent mit einem dritten Bauteil oder Element eines dritten Planetenradsatzes gekoppelt. Schließlich ist ein erstes Bauteil oder Element des dritten Planetenradsatzes permanent mit einem ersten Bauteil oder Element eines vierten Planetenradsatzes gekoppelt.
In 1 ist ein Zehnganggetriebe 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 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 zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 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 ersten Knoten 20A des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt. Das Abtriebselement 22 ist mit dem ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 und dem zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt.
Eine erste Kupplung 26 verbindet den zweiten Knoten 20B des vierten Planetenradsatzes 20 und das Antriebselement 12 selektiv mit einer Zwischenwelle 38. Eine zweite Kupplung 28 verbindet den dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20 selektiv mit der Zwischenwelle 38. Eine dritte Kupplung 30 verbindet den ersten Knoten 14A des ersten Planetenradsatzes 14 selektiv mit der Zwischenwelle 38. Eine vierte Kupplung 32 verbindet den dritten Knoten 14C des ersten Planetenradsatzes 14 selektiv mit der Zwischenwelle 38. Eine erste Bremse 34 verbindet den dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20 selektiv mit einem Getriebegehäuse 50. Eine zweite Bremse 36 verbindet den dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18, den zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 und den zweiten Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 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.
Zum Beispiel umfasst der Planetenradsatz 14 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 mit einer ersten Welle oder einem ersten Verbindungselement 42 verbunden. Das Hohlrad 14C ist mit einer zweiten Welle oder einem zweiten Verbindungselement 44 verbunden. Der Planetenträger 14B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer dritten Welle oder einem dritten Verbindungselement 46 verbunden.
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. Die Planetenräder 16D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 16C als auch dem Hohlrad 16A zu kämmen. Das Sonnenrad 16C ist zur gemeinsamen Rotation mit der zweiten Welle oder dem zweiten Verbindungselement 44 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 der dritten Welle oder dem dritten Verbindungselement 46 verbunden.
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. Der Satz Planetenräder 18D ist derart konfiguriert, dass ein jedes mit sowohl dem Sonnenrad 18A als auch dem Hohlrad 18C kämmt. Das Sonnenrad 18A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer fünften Welle oder einem fünften Verbindungselement 52 verbunden. Das Hohlrad 18C ist zur gemeinsamen Rotation mit der dritten Welle oder dem dritten Verbindungselement 46 verbunden. Der Planetenträger 18B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer vierten Welle oder einem vierten Verbindungselement 48 und dem Abtriebselement 22 verbunden.
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. Der Satz Planetenräder 20D ist derart konfiguriert, dass ein jedes mit sowohl dem Sonnenrad 20C als auch dem Hohlrad 20A kämmt. Das Sonnenrad 20C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer siebten Welle oder einem siebten Verbindungselement 56 verbunden. Das Hohlrad 20A ist zur gemeinsamen Rotation mit der fünften Welle oder dem fünften Verbindungselement 52 verbunden. Der Planetenträger 20B ist zur gemeinsamen Rotation mit der achten Welle oder dem achten Verbindungselement 58 und der Antriebswelle 12 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 Verbindungselemente, der Elemente der Planetenradsätze und des Gehäuses. Zum Beispiel ist die erste Kupplung 26 selektiv einrückbar, um die Zwischenwelle 38 mit der achten Welle oder dem achten Verbindungselement 58 zu verbinden.
Die zweite Kupplung 28 ist selektiv einrückbar, um die Zwischenwelle 38 mit der siebten Welle oder dem siebten Verbindungselement 56 zu verbinden. Die dritte Kupplung 30 ist selektiv einrückbar, um die Zwischenwelle 38 mit der ersten Welle oder dem ersten Verbindungselement 42 zu verbinden. Die vierte Kupplung 32 ist selektiv einrückbar, um die Zwischenwelle 38 mit der zweiten Welle oder dem zweiten Verbindungselement 44 zu verbinden. Die erste Bremse 34 ist selektiv einrückbar, um die siebte Welle oder das siebte Verbindungselement 56 mit dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation der siebten Welle oder des siebten Verbindungselements 56 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 zu verhindern. Die zweite Bremse 36 ist selektiv einrückbar, um die dritte Welle oder das dritte Verbindungselement 46 mit dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation der dritten Welle oder des dritten Verbindungselements 46 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 dreien 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 vierte Kupplung 32 und die zweite Bremse 36 eingerückt oder aktiviert. Die erste Kupplung 26 verbindet das Kupplungsverbindungselement oder die Kupplungsverbindungswelle 38 mit der achten Welle oder dem achten Verbindungselement 58. Die vierte Kupplung 32 verbindet die Zwischenwelle 38 mit der zweiten Welle oder dem zweiten Verbindungselement 44. Die zweite Bremse 36 verbindet die dritte Welle oder das dritte Verbindungselement 46 mit dem Getriebegehäuse 50, um eine Rotation der dritten Welle oder des dritten Verbindungselements 46 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.