DE102010008016B4

DE102010008016B4 - Achtganggetriebe mit vier planetenradsätzen

Info

Publication number: DE102010008016B4
Application number: DE102010008016.0A
Authority: DE
Inventors: Scott H. Wittkopp; James M. Hart
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-02-17
Filing date: 2010-02-15
Publication date: 2018-12-27
Anticipated expiration: 2030-02-16
Also published as: US8133148B2; US20100210399A1; CN101915289A; CN101915289B; DE102010008016A1

Abstract

Getriebe (10), umfassend:ein Getriebegehäuse (40);ein Antriebselement (12);ein Abtriebselement (22);einen ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatz (14, 16, 18, 20), die jeweils ein Sonnenrad (14C, 16C, 18C, 20C), einen Träger (14B, 16B, 18B, 20B) und ein Hohlrad (14A, 16A, 18A, 20A) aufweisen, wobei der zweite und dritte Planetenradsatz (16, 18) radial gestapelt sind, so dass der zweite Planetenradsatz (16) in dem dritten Planetenradsatz (18) eingebettet ist, wobei das Sonnenrad (18C) des dritten Planetenradsatzes (18) und das Hohlrad (16A) des zweiten Planetenradsatzes (16) einstückig sind oder über ein Verbindungsglied miteinander verbunden sind, und wobei das Antriebselement (12) ständig mit dem Träger (16B) des zweiten Planetenradsatzes (16) verbunden ist und das Abtriebselement (22) ständig mit dem Träger (14B) des ersten Planetenradsatzes (14) und dem Träger (18B) des dritten Planetenradsatzes (18) verbunden ist;ein erstes Verbindungselement (46), das das Hohlrad (14A) des ersten Planetenradsatzes (14) ständig mit dem Träger (20B) des vierten Planetenradsatzes (20) verbindet;ein zweites Verbindungselement (44), das das Sonnenrad (14C) des ersten Planetenradsatzes (14) ständig mit dem Sonnenrad (16C) des zweiten Planetenradsatzes (16) verbindet;einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus (26), der selektiv einrückbar ist, um das Hohlrad (18A) des dritten Planetenradsatzes (18) mit dem Sonnenrad (20C) des vierten Planetenradsatzes (20) zu verbinden;einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus (28), der selektiv einrückbar ist, um das Hohlrad (16A) des zweiten Planetenradsatzes (16) und das Sonnenrad (18C) des dritten Planetenradsatzes (18) mit dem Sonnenrad (20C) des vierten Planetenradsatzes (20) zu verbinden;einen dritten Drehmomentübertragungsmechanismus (30), der selektiv einrückbar ist, um das Antriebselement (12) und den Träger (16B) des zweiten Planetenradsatzes (16) mit dem Sonnenrad (20C) des vierten Planetenradsatzes (20) zu verbinden;einen vierten Drehmomentübertragungsmechanismus (32), der selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (14C) des ersten Planetenradsatzes (14) und das Sonnenrad (16C) des zweiten Planetenradsatzes (16) mit dem Getriebegehäuse (40) zu verbinden; undeinen fünften Drehmomentübertragungsmechanismus (34), der selektiv einrückbar ist, um das Hohlrad (20A) des vierten Planetenradsatzes (20) mit dem Getriebegehäuse (40) zu verbinden, undwobei die Drehmomentübertragungsmechanismen (26, 28, 30, 32, 34) selektiv in Kombinationen von dreien einrückbar sind, um acht Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang zwischen dem Antriebselement (12) und dem Abtriebselement (22) herzustellen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe, das acht Gänge, vier Planetenradsätze und fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist.
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.
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.
Die DE 10 2005 014 592 A1 offenbart verschiedene Achtganggetriebe, die vier Planetenradsätze und fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweisen, wovon zwei Planetenradsätze als gestapelte Planetenradsätze ausgebildet sind, bei denen das Sonnenrad des radial außen liegenden Planetenradsatzes radial außen von dem Hohlrad des radial innen liegenden Planetenradsatzes ausgebildet ist und alle Zahnradelement der beiden Planetenradsätze in einer gemeinsamen Ebene liegen, die senkrecht zur Drehachse des Getriebes liegt. Die durch die ständigen und die über die Drehmomentübertragungsmechanismen hergestellte Kinematik der in der DE 10 2005 014 592 A1 offenbarten Getriebe unterscheidet sich von der gemäß der vorliegenden Erfindung.
Aus der DE 10 2005 013 382 A1 sind Achtganggetriebe mit vier Planetenradsätzen und fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen bekannt, wobei zwei Planetenradsätze als gestapelte Planetenradsätze ausgebildet sind. Die ständigen und gekuppelten Verbindungen zwischen den Elementen der Planetenradsätze weichen von denen der vorliegenden Erfindung ab.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, alternative verbesserte, kosteneffektive und kompakte Achtganggetriebe zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch die Getriebe mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 2 gelöst.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft beschrieben:

1 ist ein Hebeldiagramm einer Ausführungsform eines Achtganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Achtganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine Schalttabelle, die den Einrückungszustand der verschiedenen Drehmomentübertragungsmechanismen in jedem der verfügbaren Vorwärts- und Rückwärtsgänge oder -übersetzungsverhältnisse des in den 1 und 2 veranschaulichten Getriebes darstellt;
4 ist ein Hebeldiagramm einer Ausführungsform eines Achtganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Achtganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung; und
6 ist eine Schalttabelle, die den Einrückungszustand der verschiedenen Drehmomentübertragungsmechanismen in jedem der verfügbaren Vorwärts- und Rückwärtsgänge oder -übersetzungsverhältnisse des in den 4 und 5 veranschaulichten Getriebes darstellt.

In 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 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.
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.
Die Antriebswelle oder das Antriebselement 12 ist mit dem zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 gekoppelt. Die Abtriebswelle oder das Abtriebselement 22 ist mit dem zweiten Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 gekoppelt. Der erste Knoten 14A des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem zweiten Knoten 20B des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt. Der zweite Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 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 dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt.
Eine erste Kupplung 26 verbindet den ersten Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18 selektiv mit dem dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20. Eine zweite Kupplung 28 verbindet den ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 und den dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18 selektiv mit dem dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20. Eine dritte Kupplung 30 verbindet den zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 und das Antriebselement 12 selektiv mit dem dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20. Eine erste Bremse 32 verbindet den dritten Knoten 14C des ersten Planetenradsatzes 14 selektiv mit einem Getriebegehäuse 40. Eine zweite Bremse 34 verbindet den ersten Knoten 20A des vierten Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem Getriebegehäuse 40.
2 stellt 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.
Zum Beispiel 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 Verbindungselement 42 und mit einer zweiten Welle oder einem zweiten Verbindungselement 44 verbunden. Das Hohlrad 14A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer dritten Welle oder einem dritten Verbindungselement 46 verbunden. Der Planetenträger 14B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer vierten Welle oder einem vierten Verbindungselement 48 und mit dem Abtriebselement 22 verbunden. Die Planetenräder 14D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 14C als auch dem Hohlrad 14A zu kämmen.
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 zweiten Welle oder dem zweiten Verbindungselement 44 verbunden. Das Hohlrad 16A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer fünften Welle oder einem fünften Verbindungselement 50 verbunden. Der Planetenträger 16B ist zur gemeinsamen Rotation mit dem Antriebselement 12 verbunden. Die Planetenräder 16D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 16C als auch dem Hohlrad 16A zu kämmen.
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 der fünften Welle oder dem fünften Verbindungselement 50 verbunden. Das Hohlrad 18A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer sechsten Welle oder einem sechsten Verbindungselement 52 verbunden. Der Planetenträger 18B ist zur gemeinsamen Rotation mit der vierten Welle oder dem vierten Verbindungselement 48 verbunden. Die Planetenräder 18D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 18C als auch dem Hohlrad 18A zu kämmen.
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 einer siebten Welle oder einem siebten Verbindungselement 54 verbunden. Das Hohlrad 20A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer achten Welle oder einem achten Verbindungselement 56 verbunden. Der Planetenträger 20B ist zur gemeinsamen Rotation mit der dritten Welle oder dem dritten Verbindungselement 46 verbunden. Die Planetenräder 20D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 20C als auch dem Hohlrad 20A zu kämmen.
In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Sonnenrad 18C einstückig mit dem Hohlrad 16A des Planetenradsatzes 16 gebildet, so dass das Sonnenrad 18C an der Außenfläche angeordnet ist, und das Hohlrad 16A an der Innenfläche des gleichen Elements angeordnet ist. Außerdem definiert das Sonnenrad 18C einen internen Hohlraum, und der Planetenradsatz 16 ist in dem internen Hohlraum angeordnet (d.h. der Planetenradsatz 18 ist radial mit dem Planetenradsatz 16 gestapelt, so dass der Planetenradsatz 16 in dem Planetenradsatz 18 eingebettet ist). Es ist jedoch festzustellen, dass das Sonnenrad 18C und das Hohlrad 16A separate Bauteile sein können, die durch ein Verbindungselement verbunden sind, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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 Kupplungen 26, 28 und 30 und Bremsen 32 und 34 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 sechste Welle oder das sechste Verbindungselement 52 mit der siebten Welle oder dem siebten Verbindungselement 54 zu verbinden. Die zweite Kupplung 28 ist selektiv einrückbar, um die fünfte Welle oder das fünfte Verbindungselement 50 mit der siebten Welle oder dem siebten Verbindungselement 54 zu verbinden. Die dritte Kupplung 30 ist selektiv einrückbar, um die Antriebswelle oder das Antriebselement 12 mit der siebten Welle oder dem siebten Verbindungselement 54 zu verbinden. Die erste Bremse 32 ist selektiv einrückbar, um die erste Welle oder das erste Verbindungselement 42 und die zweite Welle oder das zweite Verbindungselement 44 mit dem Getriebegehäuse 40 zu verbinden und somit eine Rotation der Elemente 42, 44 relativ zu dem Getriebegehäuse 40 einzuschränken. Die zweite Bremse 34 ist selektiv einrückbar, um die achte Welle oder das achte Verbindungselement 56 mit dem Getriebegehäuse 40 zu verbinden und somit eine Rotation des achten Verbindungselements 56 relativ zu dem Getriebegehäuse 40 einzuschränken.
Nun wird unter Bezugnahme auf 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 22 in acht Vorwärtsgängen oder -drehmomentverhältnissen und einem Rückwärtsgang oder -drehmomentverhältnis mit aufeinander folgenden Schaltvorgängen mit einem einzigen Übergang und einem Doppel-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, erste Bremse 32 und zweite Bremse 34) 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.
Um einen Rückwärtsgang herzustellen, werden die erste Kupplung 26, die erste Bremse 32 und die zweite Bremse 34 eingerückt oder aktiviert. Zum Beispiel verbindet die erste Kupplung 26 die sechste Welle oder das sechste Verbindungselement 52 mit der siebten Welle oder dem siebten Verbindungselement 54. Die erste Bremse 32 verbindet die erste Welle oder das erste Verbindungselement 42 und die zweite Welle oder das zweite Verbindungselement 44 mit dem Getriebegehäuse 40, um eine Rotation der Elemente 42, 44 relativ zu dem Getriebegehäuse 40 einzuschränken. Die zweite Bremse 34 verbindet die achte Welle oder das achte Verbindungselement 56 mit dem Getriebegehäuse 40, um eine Rotation des achten Verbindungselements 56 relativ zu dem Getriebegehäuse 40 einzuschränken. Gleichermaßen werden die acht 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 Achtganggetriebes 10 zuallererst von der Annahme ausgeht, dass alle in einem gegebenen Gangzustand nicht speziell genannten Kupplungen oder 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.
In 4 ist eine andere Ausführungsform eines Achtganggetriebes 100 in einem Hebeldiagrammformat veranschaulicht. Das Getriebe 100 umfasst eine Antriebswelle oder ein Antriebselement 112, einen ersten Planetenradsatz 114 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 114A, einem zweiten Knoten 114B und einem dritten Knoten 114C, einen zweiten Planetenradsatz 116 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 116A, einem zweiten Knoten 116B und einem dritten Knoten 116C, einen dritten Planetenradsatz 118 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 118A, einem zweiten Knoten 118B und einem dritten Knoten 118C, einen vierten Planetenradsatz 120 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 120A, einem zweiten Knoten 120B und einem dritten Knoten 120C, und eine Abtriebswelle oder ein Abtriebselement 122.
Die Antriebswelle oder das Antriebselement 112 ist mit dem zweiten Knoten 116B des zweiten Planetenradsatzes 116 gekoppelt. Die Abtriebswelle oder das Abtriebselement 122 ist mit dem zweiten Knoten 114B des ersten Planetenradsatzes 114 gekoppelt. Der erste Knoten 114A des ersten Planetenradsatzes 114 ist mit dem zweiten Knoten 120B des vierten Planetenradsatzes 120 gekoppelt. Der zweite Knoten 114B des ersten Planetenradsatzes 114 ist mit dem ersten Knoten 118A des dritten Planetenradsatzes 118 gekoppelt. Der dritte Knoten 114C des ersten Planetenradsatzes 114 ist mit dem dritten Knoten 116C des zweiten Planetenradsatzes 116 gekoppelt. Der erste Knoten 116A des zweiten Planetenradsatzes 116 ist mit dem dritten Knoten 118C des dritten Planetenradsatzes 118 gekoppelt.
Eine erste Kupplung 126 verbindet den zweiten Knoten 118B des dritten Planetenradsatzes 118 selektiv mit dem dritten Knoten 120C des vierten Planetenradsatzes 120. Eine zweite Kupplung 128 verbindet den ersten Knoten 116A des zweiten Planetenradsatzes 116 und den dritten Knoten 118C des dritten Planetenradsatzes 118 selektiv mit dem dritten Knoten 120C des vierten Planetenradsatzes 120. Eine dritte Kupplung 130 verbindet den zweiten Knoten 116B des zweiten Planetenradsatzes 116 und das Antriebselement 112 selektiv mit dem dritten Knoten 120C des vierten Planetenradsatzes 120. Eine erste Bremse 132 verbindet den dritten Knoten 114C des ersten Planetenradsatzes 114 selektiv mit einem Getriebegehäuse 140. Eine zweite Bremse 134 verbindet den ersten Knoten 120A des vierten Planetenradsatzes 120 selektiv mit dem Getriebegehäuse 140.
5 stellt ein schematisches Layout der Ausführungsform des Achtganggetriebes 100 gemäß der vorliegenden Erfindung dar. In 5 wird die Nummerierung aus dem Hebeldiagramm von 4 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 114 ein Sonnenrad 114C, ein Hohlrad 114A und einen Planetenradträger 114B, der einen Satz Planetenräder 114D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenrad 114C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer ersten Welle oder einem ersten Verbindungselement 142 und mit einer zweiten Welle oder einem zweiten Verbindungselement 144 verbunden. Das Hohlrad 114A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer dritten Welle oder einem dritten Verbindungselement 146 verbunden. Der Planetenträger 114B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer vierten Welle oder einem vierten Verbindungselement 148 und mit dem Abtriebselement 122 verbunden. Die Planetenräder 114D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 114C als auch dem Hohlrad 114A zu kämmen.
Der Planetenradsatz 116 umfasst ein Sonnenrad 116C, ein Hohlrad 116A und einen Planetenradträger 116B, der einen Satz Planetenräder 116D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenrad 116C ist zur gemeinsamen Rotation mit der zweiten Welle oder dem zweiten Verbindungselement 144 verbunden. Das Hohlrad 116A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer fünften Welle oder einem fünften Verbindungselement 150 verbunden. Der Planetenträger 116B ist zur gemeinsamen Rotation mit dem Antriebselement 112 verbunden. Die Planetenräder 116D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 116C als auch dem Hohlrad 116A zu kämmen.
Der Planetenradsatz 118 umfasst ein Sonnenrad 118C, ein Hohlrad 118A und einen Planetenradträger 118B, der einen ersten Satz Planetenräder 118D (von denen nur eines gezeigt ist) und einen zweiten Satz Planetenräder 118E (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenrad 118C ist zur gemeinsamen Rotation mit der fünften Welle oder dem fünften Verbindungselement 150 verbunden. Das Hohlrad 118A ist zur gemeinsamen Rotation mit der vierten Welle oder dem vierten Verbindungselement 148 verbunden. Der Planetenträger 118B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer sechsten Welle oder einem sechsten Verbindungselement 152 verbunden. Die Planetenräder 118D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Hohlrad 118A als auch den Planetenrädern 118E zu kämmen. Die Planetenräder 118E sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 118C als auch den Planetenrädern 118D zu kämmen.
Der Planetenradsatz 120 umfasst ein Sonnenrad 120C, ein Hohlrad 120A und einen Planetenradträger 120B, der einen Satz Planetenräder 120D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenrad 120C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer siebten Welle oder einem siebten Verbindungselement 154 verbunden. Das Hohlrad 120A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer achten Welle oder einem achten Verbindungselement 156 verbunden. Der Planetenträger 120B ist zur gemeinsamen Rotation mit der dritten Welle oder dem dritten Verbindungselement 146 verbunden. Die Planetenräder 120D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 120C als auch dem Hohlrad 120A zu kämmen.
In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Sonnenrad 118C einstückig mit dem Hohlrad 116A des Planetenradsatzes 116 gebildet, so dass das Sonnenrad 118C an einer Außenfläche angeordnet ist, und das Hohlrad 116A an einer Innenfläche des gleichen Elements angeordnet ist. Außerdem definiert das Sonnenrad 118C einen internen Hohlraum, und der Planetenradsatz 116 ist in dem internen Hohlraum angeordnet (d.h. der Planetenradsatz 118 ist radial mit dem Planetenradsatz 116 gestapelt, so dass der Planetenradsatz 116 in dem Planetenradsatz 118 eingebettet ist). Es ist jedoch festzustellen, dass das Sonnenrad 118C und das Hohlrad 116A separate Bauteile sein können, die durch ein Verbindungselement verbunden sind, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die Antriebswelle oder das Antriebselement 112 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 122 ist ständig mit der Achsantriebseinheit oder dem Verteilergetriebe (das nicht gezeigt ist) verbunden.
Die Drehmomentübertragungsmechanismen oder Kupplungen 126, 128 und 130 und Bremsen 132 und 134 sorgen für eine selektive Verbindung der Wellen oder Verbindungselemente, der Elemente der Planetenradsätze und des Gehäuses. Zum Beispiel ist die erste Kupplung 126 selektiv einrückbar, um die sechste Welle oder das sechste Verbindungselement 152 mit der siebten Welle oder dem siebten Verbindungselement 154 zu verbinden. Die zweite Kupplung 128 ist selektiv einrückbar, um die fünfte Welle oder das fünfte Verbindungselement 150 mit der siebten Welle oder dem siebten Verbindungselement 154 zu verbinden. Die dritte Kupplung 130 ist selektiv einrückbar, um die Antriebswelle oder das Antriebselement 112 mit der siebten Welle oder dem siebten Verbindungselement 154 zu verbinden. Die erste Bremse 132 ist selektiv einrückbar, um die erste Welle oder das erste Verbindungselement 142 und die zweite Welle oder das zweite Verbindungselement 144 mit dem Getriebegehäuse 140 zu verbinden und somit eine Rotation der Elemente 142, 144 relativ zu dem Getriebegehäuse 140 einzuschränken. Die zweite Bremse 134 ist selektiv einrückbar, um die achte Welle oder das achte Verbindungselement 156 mit dem Getriebegehäuse 140 zu verbinden und somit eine Rotation des achten Verbindungselements 156 relativ zu dem Getriebegehäuse 140 einzuschränken.
Nun wird unter Bezugnahme auf 5 und 6 die Arbeitsweise der Ausführungsform des Achtganggetriebes 100 beschrieben. Es ist festzustellen, dass das Getriebe 100 in der Lage ist, Drehmoment von der Antriebswelle oder dem Antriebselement 112 auf die Abtriebswelle oder das Abtriebselement 122 in acht Vorwärtsgängen oder -drehmomentverhältnissen und einem Rückwärtsgang oder -drehmomentverhältnis mit aufeinander folgenden Schaltvorgängen mit einem einzigen Übergang und einem Doppel-Overdrive zu übertragen. Jeder Vorwärts- und Rückwärtsgang oder jedes Vorwärts- und Rückwärtsdrehmomentverhältnis wird durch Einrückung von dreien der Drehmomentübertragungsmechanismen (d.h. erste Kupplung 126, zweite Kupplung 128, dritte Kupplung 130, erste Bremse 132 und zweite Bremse 134) erzielt, wie es nachstehend erläutert wird. 6 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 100 anzupassen. Ein Beispiel der Übersetzungsverhältnisse, die unter Verwendung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erhalten werden können, ist in 6 ebenfalls gezeigt. Natürlich sind andere Übersetzungsverhältnisse abhängig von dem gewählten Zahnraddurchmesser, der gewählten Zahnradzähnezahl und der gewählten Zahnradkonfiguration erreichbar.
Um einen Rückwärtsgang herzustellen, werden die erste Kupplung 126, die erste Bremse 132 und die zweite Bremse 134 eingerückt oder aktiviert. Zum Beispiel verbindet die erste Kupplung 126 die sechste Welle oder das sechste Verbindungselement 152 mit der siebten Welle oder dem siebten Verbindungselement 154. Die erste Bremse 132 verbindet die erste Welle oder das erste Verbindungselement 142 und die zweite Welle oder das zweite Verbindungselement 144 mit dem Getriebegehäuse 140, um eine Rotation der Elemente 142, 144 relativ zu dem Getriebegehäuse 140 einzuschränken. Die zweite Bremse 134 verbindet die achte Welle oder das achte Verbindungselement 156 mit dem Getriebegehäuse 140, um eine Rotation des achten Verbindungselements 156 relativ zu dem Getriebegehäuse 140 einzuschränken. Gleichermaßen werden die acht Vorwärtsgänge durch unterschiedliche Kombinationen einer Kupplungs- und Bremseneinrückung erreicht, wie es in 6 gezeigt ist.
Es ist festzustellen, dass die vorstehende Erläuterung der Arbeitsweise und der Gangzustände des Achtganggetriebes 100 zuallererst von der Annahme ausgeht, dass alle in einem gegebenen Gangzustand nicht speziell genannten Kupplungen oder 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.

Claims

Getriebe (10), umfassend: ein Getriebegehäuse (40); ein Antriebselement (12); ein Abtriebselement (22); einen ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatz (14, 16, 18, 20), die jeweils ein Sonnenrad (14C, 16C, 18C, 20C), einen Träger (14B, 16B, 18B, 20B) und ein Hohlrad (14A, 16A, 18A, 20A) aufweisen, wobei der zweite und dritte Planetenradsatz (16, 18) radial gestapelt sind, so dass der zweite Planetenradsatz (16) in dem dritten Planetenradsatz (18) eingebettet ist, wobei das Sonnenrad (18C) des dritten Planetenradsatzes (18) und das Hohlrad (16A) des zweiten Planetenradsatzes (16) einstückig sind oder über ein Verbindungsglied miteinander verbunden sind, und wobei das Antriebselement (12) ständig mit dem Träger (16B) des zweiten Planetenradsatzes (16) verbunden ist und das Abtriebselement (22) ständig mit dem Träger (14B) des ersten Planetenradsatzes (14) und dem Träger (18B) des dritten Planetenradsatzes (18) verbunden ist; ein erstes Verbindungselement (46), das das Hohlrad (14A) des ersten Planetenradsatzes (14) ständig mit dem Träger (20B) des vierten Planetenradsatzes (20) verbindet; ein zweites Verbindungselement (44), das das Sonnenrad (14C) des ersten Planetenradsatzes (14) ständig mit dem Sonnenrad (16C) des zweiten Planetenradsatzes (16) verbindet; einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus (26), der selektiv einrückbar ist, um das Hohlrad (18A) des dritten Planetenradsatzes (18) mit dem Sonnenrad (20C) des vierten Planetenradsatzes (20) zu verbinden; einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus (28), der selektiv einrückbar ist, um das Hohlrad (16A) des zweiten Planetenradsatzes (16) und das Sonnenrad (18C) des dritten Planetenradsatzes (18) mit dem Sonnenrad (20C) des vierten Planetenradsatzes (20) zu verbinden; einen dritten Drehmomentübertragungsmechanismus (30), der selektiv einrückbar ist, um das Antriebselement (12) und den Träger (16B) des zweiten Planetenradsatzes (16) mit dem Sonnenrad (20C) des vierten Planetenradsatzes (20) zu verbinden; einen vierten Drehmomentübertragungsmechanismus (32), der selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (14C) des ersten Planetenradsatzes (14) und das Sonnenrad (16C) des zweiten Planetenradsatzes (16) mit dem Getriebegehäuse (40) zu verbinden; und einen fünften Drehmomentübertragungsmechanismus (34), der selektiv einrückbar ist, um das Hohlrad (20A) des vierten Planetenradsatzes (20) mit dem Getriebegehäuse (40) zu verbinden, und wobei die Drehmomentübertragungsmechanismen (26, 28, 30, 32, 34) selektiv in Kombinationen von dreien einrückbar sind, um acht Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang zwischen dem Antriebselement (12) und dem Abtriebselement (22) herzustellen.
Getriebe (100), umfassend: ein Getriebegehäuse (140); ein Antriebselement (112); ein Abtriebselement (122); einen ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatz (114, 116, 118, 120), die jeweils ein Sonnenrad (114C, 116C, 118C, 120C), einen Träger (114B, 116B, 118B, 120B) und ein Hohlrad (114A, 116A, 118A, 120A) aufweisen, wobei der zweite und dritte Planetenradsatz (116, 118) radial gestapelt sind, so dass der zweite Planetenradsatz (116) in dem dritten Planetenradsatz (118) eingebettet ist, wobei das Sonnenrad (118C) des dritten Planetenradsatzes (118) und das Hohlrad (116A) des zweiten Planetenradsatzes (116) einstückig sind oder über ein Verbindungsglied miteinander verbunden sind, und wobei das Antriebselement (112) ständig mit dem Träger (116B) des zweiten Planetenradsatzes (116) verbunden ist und das Abtriebselement (122) ständig mit dem Träger (114B) des ersten Planetenradsatzes (114) und dem Hohlrad (118A) des dritten Planetenradsatzes (118) verbunden ist; ein erstes Verbindungselement (146), das das Hohlrad (114A) des ersten Planetenradsatzes (114) ständig mit dem Träger (120B) des vierten Planetenradsatzes (120) verbindet; ein zweites Verbindungselement (144), das das Sonnenrad (114C) des ersten Planetenradsatzes (114) ständig mit dem Sonnenrad (116C) des zweiten Planetenradsatzes (116) verbindet; einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus (126), der selektiv einrückbar ist, um den Träger (118B) des dritten Planetenradsatzes (118) mit dem Sonnenrad (120C) des vierten Planetenradsatzes (120) zu verbinden; einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus (128), der selektiv einrückbar ist, um das Hohlrad (116A) des zweiten Planetenradsatzes (116) und das Sonnenrad (118C) des dritten Planetenradsatzes (118) mit dem Sonnenrad (120C) des vierten Planetenradsatzes (120) zu verbinden; einen dritten Drehmomentübertragungsmechanismus (130), der selektiv einrückbar ist, um das Antriebselement (112) und den Träger (116B) des zweiten Planetenradsatzes (116) mit dem Sonnenrad (120C) des vierten Planetenradsatzes (120) zu verbinden; einen vierten Drehmomentübertragungsmechanismus (132), der selektiv einrückbar ist, um das Sonnenrad (114C) des ersten Planetenradsatzes (114) und das Sonnenrad (116B) des zweiten Planetenradsatzes (116) mit dem Getriebegehäuse (140) zu verbinden; und einen fünften Drehmomentübertragungsmechanismus (134), der selektiv einrückbar ist, um das Hohlrad (120A) des vierten Planetenradsatzes (120) mit dem Getriebegehäuse (140) zu verbinden, und wobei die Drehmomentübertragungsmechanismen (126, 128, 130, 132, 134) selektiv in Kombinationen von dreien einrückbar sind, um acht Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang zwischen dem Antriebselement (112) und dem Abtriebselement (122) herzustellen.