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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es beispielsweise aus der
DE 10 2005 001 909 A1 bekannt geworden ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Kraftfahrzeuggetriebe weisen häufig hydraulisch betätigte, wahlweise einrückbare Drehmomentübertragungsmechanismen auf, die als Kupplungen bezeichnet werden. Die Kupplungen können Kupplungen vom feststehenden Typ (d. h. Bremsen) oder Kupplungen vom drehenden Typ sein. Üblicherweise werden mit Zwischenraum angeordnete Sätze von Reibscheiben und Gegenanpressscheiben in Kontakt miteinander angeordnet, wenn die Kupplung eingerückt wird, um (im Fall der Kupplung vom drehenden Typ) eine gemeinsame Drehung oder (im Fall der Kupplung vom feststehenden Typ) ein Festlegen auf Masse der mit den jeweiligen Sätzen von Scheiben verbundenen Komponenten zu veranlassen.
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Hydraulisch betätigte Kupplungen weisen inhärente Rotationsverluste auf, die die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verringern. Rotationsverluste werden dadurch verursacht, dass Fluid in der Kupplung den Widerstand gegen Drehung der mit den Kupplungsscheiben verbundenen Komponenten erhöht.
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Außerdem sind hydraulisch betätigte Kupplungen erst einrückbar, wenn ausreichend Fluiddruck von einer Getriebepumpe zur Verfügung steht. Üblicherweise wird eine Hauptgetriebepumpe durch eine Maschine angetrieben, die mit dem Getriebe verbunden ist, oder durch ein drehbares Getriebeelement angetrieben, und wird so indirekt durch die Maschine angetrieben. Wenn die Maschine ausgeschaltet ist, wie etwa in einigen Hybridbetriebsmodi oder wenn sich das Maschinenausgangselement mit verhältnismäßig niedrigen Drehzahlen dreht, kann die Hauptpumpe keinen ausreichenden Anlegedruck liefern. Dementsprechend sind, insbesondere in einem Hybridgetriebe, gelegentlich Zusatzpumpen wie etwa elektrisch mit Leistung versorgte Pumpen vorgesehen, um Hydraulikdruck zu liefern, wenn der Druck von der Hauptpumpe nicht ausreicht.
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Ferner beschreibt die
DE 11 2006 002 872 T5 einen Fluidaktuator umfassend ein Gehäuse, eine Fluidkammer und ein Stellglied, das so ausgebildet ist, dass es in Abhängigkeit von einer Änderung im Fluiddruck in der Kammer im Gehäuse auf einer Achse vorrückt, wobei der Aktuator ferner eine bistabile Verriegelung beinhaltet, die zwei sequentielle Rückholpositionen des Stellglieds definiert, wobei die Sperre bei Vorschubbewegung zu einer vorgegebenen Position ihre Stellung wechselt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es wird ein Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1, das für den Empfang von Leistung von einer Maschine konfiguriert ist, mit einer mechanisch vorbelasteten Kupplung wie etwa einer ”normal geschlossenen” Kupplung oder einer ”normal offenen Kupplung” geschaffen, um den Betrieb in Modi, die erfordern, dass die Kupplung einen geschlossenen bzw. offenen Zustand aufrechterhält, selbst dann zuzulassen, wenn Hydraulikleistung von einer durch die Maschine mit Leistung versorgten Pumpe nicht zur Verfügung steht oder keinen ausreichenden Druck aufweist. Das Getriebe enthält ein Eingangselement, das mit der Maschine verbindbar ist, ein Ausgangselement und ein feststehendes Element. Zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement ist funktional eine Getriebezahnradanordnung wie etwa ein oder mehrere Planetenradsätze, aber nicht darauf beschränkt, verbunden. Die Zahnradanordnung enthält eine Mehrzahl drehbarer Zahnradelemente. Wie es hier verwendet wird, enthält ”Zahnradelemente” kämmende Zahnräder des Nicht-Planeten-Typs oder Planetenradsatzelemente wie etwa ein Hohlradelement, ein Trägerelement, das Ritzel stützt, oder ein Sonnenradelement. Die Kupplung weist einen eingerückten Zustand und einen ausgerückten Zustand auf.
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Verschiedene Ausführungsformen können eine solche Kupplung für verschiedene Zwecke verwenden. Zum Beispiel kann die Kupplung, wenn sie in dem eingerückten Zustand ist, Drehmoment zwischen einem der Zahnradelemente und einem anderen der Zahnradelemente, zwischen einem der Zahnradelemente und dem feststehenden Element oder zwischen der Maschine und dem Getriebe übertragen. Wenn die Kupplung in dem ausgerückten Zustand ist, überträgt sie kein Drehmoment.
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Die Kupplung enthält ein mechanisches Element wie etwa eine Tellerfeder, die wahlweise in eine Vorbelastungsposition beweglich ist, in der das mechanische Element zum Halten der Kupplung in dem eingerückten Zustand (falls sie eine normal geschlossene Kupplung sie) oder in dem ausgerückten Zustand (falls sie eine normal offene Kupplung ist) ohne Anwendung von Leistung einschließlich wenigstens hydraulischer, pneumatischer und elektrischer Leistung konfiguriert ist. Zwischen dem mechanischen Element und einem Hydraulikventil, das hier im Kontext auch als Kolbenzylindereinheit bezeichnet wird, ist ein Hebel verbunden, der betätigbar ist, um das mechanische Element zu bewegen. Der Hebel schafft eine mechanische Kraftverstärkung, die zulässt, dass das Hydraulikventil eine Bewegung des mechanischen Elements mit weniger Hydraulikdruck veranlasst.
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In verschiedenen Getriebeausführungsformen können eine oder mehrere solche Kupplungen verwendet werden. Besonders nützlich ist die Kupplung in elektromechanischen Hybridgetrieben, wie sie beispielsweise in den Druckschriften
DE 10 2008 056 677 A1 und
DE 10 2008 022 797 A1 beschrieben werden, da sie selbst in Betriebsmodi, während denen die Maschine ausgeschaltet ist und somit eine Hydraulikpumpe nicht mit Leistung versorgen kann, eingerückt bleiben und ein Drehmoment übertragen kann. Außerdem verringert eine normal geschlossene Kupplung Rotationsverluste, da der Fluiddruck nicht den eingerückten Zustand aufrechtzuerhalten braucht. Die Verringerung von Rotationsverlusten führt zu verbesserter Kraftstoffwirtschaftlichkeit.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1A ist eine schematische Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform einer normal geschlossenen Kupplung, die eine Einfachkupplung vom feststehenden Typ ist und in einem eingerückten Zustand und in Strichlinien in einem ausgerückten Zustand gezeigt ist;
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1B ist eine schematische Querschnittsdarstellung der normal geschlossenen Kupplung aus 1A, die in dem ausgerückten Zustand gezeigt ist;
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2 ist eine Draufsichtdarstellung einer in der Kupplung aus 1A und 1B enthaltenen Tellerfeder;
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3 ist eine Querschnittsansicht der Tellerfeder aus 2 entlang der Linien 3-3;
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4 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer normal geschlossenen Kupplung, die eine Einfachkupplung vom feststehenden Typ ist, in einem eingerückten Zustand und die in Strichlinien in einem ausgerückten Zustand gezeigt ist;
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5 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer dritten Ausführungsform einer normal geschlossenen Kupplung, die eine Einfachkupplung vom feststehenden Typ ist, in einem eingerückten Zustand und die in Strichlinien in einem ausgerückten Zustand gezeigt ist;
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6 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer vierten Ausführungsform einer normal geschlossenen Kupplung, die eine Einfachkupplung vom drehenden Typ ist, in einem eingerückten Zustand und die in Strichlinien in einem ausgerückten Zustand gezeigt ist;
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7 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer fünften Ausführungsform einer normal geschlossenen Kupplung, die eine Doppelkupplung vom feststehenden Typ ist, die mit einer Ersten der Kupplungen in einem eingerückten Zustand gezeigt ist und die in Strichlinien mit der ersten Kupplung in einem ausgerückten Zustand und mit der zweiten Kupplung in einem eingerückten Zustand gezeigt ist;
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8 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Getriebes, das eine normal geschlossene Kupplung aufweist;
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9 ist eine Tabelle, die Betriebsmodi und einen Einrückplan für die Kupplungen aus 8 zeigt;
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10 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Getriebes, das eine normal geschlossene Kupplung aufweist; und
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11 ist eine Tabelle, die Betriebsmodi und einen Einrückplan für die Kupplungen aus 10 zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Beispielhafte Ausführungsformen einer mechanisch vorbelasteten Kupplung
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In 1A ist eine mechanisch vorbelastete Kupplung 10 in einem eingerückten Zustand, d. h. in einem geschlossenen Zustand, gezeigt. Die Kupplung 10 kann als eine normal geschlossene Kupplung bezeichnet werden und enthält ein Gehäuse 12, das mit einem feststehenden Element 14 wie etwa einem Getriebegehäuse in einem Kraftfahrzeuggetriebe verbunden ist. Die Kupplung 10 wird als eine Kupplung vom feststehenden Typ bezeichnet, da sie betreibbar ist, um ein drehbares Element wie etwa einer Welle 16 zu dem feststehenden Element 14 auf Masse festzulegen.
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Die Kupplung 10 enthält einen ersten Satz Scheiben 18, die mit der Welle 16 verzahnt sind. Die Scheiben 18 sind mit einem zweiten Satz Scheiben 20, der an dem Gehäuse 12 verzahnt ist, mit Zwischenraum angeordnet. Die Scheiben 18 können einen Reibbelag aufweisen und können als Reibscheiben bezeichnet werden, während die Scheiben 20 als Gegenanpressscheiben bezeichnet werden können. Eine Gegenanpressscheibe 22 ist benachbart zu den gestapelten Scheiben 18, 20 positioniert. In dem eingerückten Zustand wird die Gegenanpressscheibe 22 gegen die gestapelten Scheiben 18, 20 geschoben, um zu veranlassen, dass sie in Kontakt miteinander gelangen. Somit verhindern Reibungskräfte zwischen den Scheiben 18, 20 die Drehung der Scheiben 18, was ermöglicht, dass die Scheiben 18, das Gehäuse 12 und das drehende Element 14 als Gegenanpressscheibe für irgendein an die Welle 16 angelegtes Drehmoment dienen.
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Die Kupplung 10 wird durch wahlweises Anlegen eines Differenzhydraulikdrucks an ein Hydraulikgegengewichtsventil 24, das zwei Kolben 26, 28 aufweist, die durch einen Kolbenträger 30 verbunden sind, in den in 1A gezeigten geschlossenen oder eingerückten Zustand bewegt. Wie in 1A gezeigt ist, wird Fluid mit dem Druck P1 an eine erste ringförmige Ventilkammer 32 angelegt, während Fluid mit einem niedrigeren Druck P2 an eine zweite ringförmige Ventilkammer 34 angelegt wird, was veranlasst, dass die Kolben 26, 28 in der in 1A gezeigten Position angeordnet werden. Die Kolben 26, 28 und der Kolbenträger 30 sind ringförmig; dementsprechend ist pro Kammer 32, 34 nur ein Fluideinlass/-auslass erforderlich.
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In Umfangsrichtung um das Gehäuse 12 sind eine Mehrzahl von Hebeln 36 angebracht, wobei jeder an einem jeweiligen Schwenkpunkt P an der Innenwand 37 des Gehäuses schwenkbar befestigt ist. Jeder Hebel 36 weist ein Ende auf, das wenigstens teilweise in einem jeweiligen Schlitz 38 verläuft, der in dem Kolbenträger 30 gebildet ist. Obgleich in der Querschnittsansicht aus 1A nur zwei Hebel 36 sichtbar sind, sind in Umfangsrichtung um das Gehäuse 12 viele zusätzliche gleiche Hebel beabstandet. Ein gegenüberliegendes Ende jedes jeweiligen Hebels 36 ist zur Bewegung mit einem mechanischen Element verbunden, das in dieser Ausführungsform ein allgemein ringförmiger Kegel oder eine scheibenförmige bistabile Feder 40 wie etwa eine Tellerfeder ist. Genauer sind die Hebel 36 relativ nahe dem Außenumfang 44 (in 2 gezeigt) der Feder 40 angelenkt. Die Feder 40 ist am Innenumfang 46 (in 2 gezeigt) an einer Mittelwand 42 des Gehäuses 12 befestigt. Die Mittelwand 42 definiert die Öffnung 48, durch die die Welle 16 verläuft. Die Feder 40 ist am besten in 2 und 3 gezeigt und weist einen Innenumfang 46 mit einem Innendurchmesser ID und einen Außenumfang 44 mit einem Außendurchmesser OD auf. In einem unbelasteten Zustand weist die Feder zwischen dem Außenumfang 44 und dem Innenumfang 46 eine Höhe h auf und eine Dicke t auf. Die Dimensionen der Feder 40 sind so gewählt, dass sichergestellt ist, dass die Feder 40 über die Hebel 36 gebogen werden kann, um den Außenumfang 44 relativ zu dem an der Gehäusewand 42 befestigten feststehenden Innenumfang 46 aus der ersten Position aus 1A in die zweite Position aus 1B zu bewegen.
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Somit schwenken die Hebel 36 an den Punkten P, was veranlasst, dass sich die Feder 40 in die als 40A gezeigte Position aus 1B bewegt und was als ein ausgerückter Zustand oder als eine normal offene Position bezeichnet wird, während der Hydraulikdruck in den Kammern 32, 34 durch Erhöhen des Hydraulikdrucks P2 relativ zum Hydraulikdruck P1 gesteuert wird, um das Trägerelement 30 aus der Position in 1A in die Position in 1B zu bewegen. Die Feder 40 ist vorbelastet, um die Position aus 1B beizubehalten, wenn sie darin ist. Die Hebel sind so konfiguriert, dass die Abschnitte zwischen den Schwenkpunkten P und dem Kolbenträger 30 wesentlich länger als [engl.: ”that”] die Abschnitte zwischen den Schwenkpunkten P und dem Außenumfang 44 der Feder 40 sind.
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Dementsprechend schaffen die Hebel 36 eine mechanische Kraftverstärkung, wobei sie den Kupplungsdeaktivierungsdruck verringern und den Kupplungsgewinn erhöhen. Das heißt, die Hebel 36 ermöglichen die Bewegung der Feder 40 mit einer niedrigeren Betätigungskraft, d. h. mit einem niedrigeren an die Oberflächenbereiche des ersten Kolbens 26 bzw. des zweiten Kolbens 28 angelegten Hydraulikdruck, als er erforderlich wäre, falls die Feder 40 ohne einen Schwenkhebel direkt mit dem Kolbenträger 30 verbunden wäre. Falls die Hebel 36 z. B. mit einer mechanischen Kraftverstärkung von zwei ausgelegt sind, verringern sie den Druck, der erforderlich ist, um einen gegebenen Drehmomentbetrag zu halten, um die Hälfte. Allerdings sollte gewürdigt werden, dass die Kupplung 10 in einer alternativen Ausführungsform ohne Hebel 36 konfiguriert sein kann, wobei in diesem Fall eine höhere Betätigungskraft zum Bewegen der Feder 40 erforderlich ist.
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Zwischen dem Gehäuse 12 und der Feder 40 sind optionale Ausgleichsfedern 50 vom Drucktyp eingebaut. Die Federn 50 können in Umfangsrichtung um eine den Scheiben 18, 20 gegenüberliegende Seite der Feder 40 angeordnet und daran befestigt sein. Wenn die Feder 40 in dem eingerückten Zustand aus 1A ist, üben die Federn 50 wenigstens eine Druckkraft aus, um die ”Klemmkraft”, d. h. die Gesamtkraft, die die Feder 40 gegen die Anlegescheibe 22 hält, zu erhöhen. Wenn die Feder 40 in dem ausgerückten Zustand aus 1B ist, werden die Federn 50 weiter zusammengedrückt und üben auf die Feder 40 eine Kraft aus, um die Feder 40 in Richtung des eingerückten Zustands zu drangen. Die Federn 50 sind so konfiguriert, dass die in dem ausgerückten Zustand auf die Feder 40 ausgeübte Kraft nicht ausreicht, um die Feder 40 in den eingerückten Zustand zu bewegen, aber den notwendigen Hydraulikdruck verringert, um die Feder 40 aus dem ausgerückten Zustand in den eingerückten Zustand zu bewegen.
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Wenn die Feder 40 entweder in der ersten Position aus 1A oder in der zweiten Position aus 1B ist, ist sie selbstvorbelastet, wie für eine Tellerfeder gut verstanden ist, um in dieser Position zu bleiben und die Anwendung einer Kraft zu erfordern, um in die Alternativposition bewegt zu werden. Das selbstvorbelastende Wesen der Feder 40 hängt nicht von der Anwesenheit eines Hydraulikdrucks in dem Ventil 24 ab. Dementsprechend ist die Kupplung 10 so konfiguriert, dass die Feder 40 unter Verwendung von Hydraulikdruck in die Position aus 1A bewegt werden kann und in dieser Position bleibt, wobei die Kupplung 10 somit selbst dann in dem eingerückten Zustand gehalten wird, wenn kein Hydraulikdruck verfügbar ist oder wenn er nicht ausreicht, um die Kraft der Feder 40 zu überwinden. Wenn die Kupplung 10 in einem Fahrzeuggetriebe verwendet wird, bleibt die Kupplung 10 somit selbst dann in dem eingerückten Zustand, wenn eine mit dem Getriebe verbundene Maschine ausgeschaltet ist oder nicht mit ausreichend hoher Drehzahl läuft, um eine maschinenbetriebene Hydraulikpumpe, die Druck zu dem Ventil 24 liefert, mit Leistung zu versorgen. Zum Beispiel würde die Kupplung 10 in dem eingerückten Zustand bleiben, wenn das Getriebe durch einen Motor/Generator in einem elektrischen Modus mit Leistung versorgt wird, ohne dass eine Zusatzpumpe erforderlich ist, um Hydraulikdruck an das Ventil zu liefern, wie es bei Kupplungen, die nicht normal geschlossene Kupplungen sind, üblicherweise erforderlich ist. Darüber hinaus bleibt die Kupplung 10, wenn sie in dem ausgerückten Zustand aus 1B ist, in diesem Zustand, bis ein Hydraulikdruck angelegt wird, der ausreicht, um die selbstvorbelastende Feder 40 zu überwinden. Somit kann die Kupplung 10 als eine ”normal offene” Kupplung implementiert werden.
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In 4 ist eine andere Ausführungsform einer normal geschlossenen Kupplung 110 gezeigt. Abgesehen davon, dass das Gehäuse 112 so konfiguriert ist, dass zugelassen ist, dass eine Welle 116 durch die Kupplung 110 und durch das feststehende Element 114, an dem die Kupplung 110 befestigt ist, geht, ist die Kupplung 110 in jedem Aspekt ähnlich der oben beschriebenen Kupplung 10. Diese Konfiguration kann besonders nützlich für besondere Anwendungen innerhalb eines Getriebes sein, wie etwa, wenn die Welle 116 ein Getriebeeingangselement ist, das über das Getriebegehäuse, z. B. das feststehende Element 114, hinaus in Richtung der Maschine verlaufen muss.
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In 5 ist eine andere Ausführungsform einer normal geschlossenen Kupplung 210 gezeigt. Abgesehen davon, dass das Gehäuse 212 so konfiguriert ist, dass die Welle 216 auf einer gegenüberliegenden Seite der Kupplung 210 als die Welle 16 durch ein feststehendes Element 214 verläuft, ist die Kupplung 210 in jeder Hinsicht ähnlich der oben beschriebenen Kupplung 10. In alternativen Ausführungsformen könnte an der Oberfläche 219 des Gehäuses 212 eine zweite wahlweise einrückbare feststehende Kupplung angebracht sein. Die zweite Kupplung wäre eine typische Kupplung zum Festlegen auf Masse, die einen mit dem Gehäuse 212 verbundenen Satz Scheiben und einen anderen mit einer drehbaren Welle verbundenen Satz Scheiben aufweist. Die zweite Kupplung wäre über Druckfluid von einer Hydraulikpumpe einrückbar und braucht keine normal geschlossene Kupplung zu sein. In einer anderen alternativen Ausführungsform könnte die Oberfläche 219 anstelle der gegenüberliegenden Oberfläche wie in 5 gezeigt mit dem feststehenden Element 214 verbunden sein.
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In 6 ist eine normal geschlossene Einfachkupplung 310 vom drehenden Typ gezeigt. Eine drehende Welle 317 ist ständig mit einem Kupplungsgehäuse 312 verbunden und dreht sich mit ihm. Eine Welle 316 ist durch Eingriff des ersten Satzes von Kupplungsscheiben 18 mit dem zweiten Satz von Kupplungsscheiben 20 wie in Bezug auf die Kupplung 10 aus 1A und 1B beschrieben wahlweise zur gemeinsamen Drehung mit dem Gehäuse 312 und somit mit der Welle 317 verbindbar. Somit drehen sich die Wellen 316 und 317 mit derselben Drehzahl, wenn die Kupplung 310 in dem eingerückten Zustand (in dem normal geschlossenen Zustand) ist. Das Hydraulikkipphebelventil 24, die Hebel 36, die Tellerfeder 40, die optionalen Druckausgleichsfedern 50 sind wie in Bezug auf 1A und 1B beschrieben konfiguriert und wirken in derselben Weise.
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In 7 ist eine feststehende normal geschlossene Doppelkupplung 410 gezeigt. Die Kupplung 410 weist ein Gehäuse 412 auf, das ständig zu einem feststehenden Element 414 auf Masse festgelegt ist. Das Gehäuse 412 bildet eine Öffnung 448, durch die eine erste drehbare Welle 416 und eine zweite drehbare Welle 417 gehen. Die Wellen 416, 417 sind konzentrisch, wobei die Welle 417 eine Hohlwelle ist. Wenn die Kupplung 410 in ein Getriebe eingebaut ist, sind die Wellen 416, 417 jeweils getrennt mit einem anderen Zahnradelement, Motor/Generator, Eingangselement usw. in dem Getriebe verbunden. Die Doppelkupplung 410 enthält eine erste Kupplung 421 und eine zweite Kupplung 423, die beide als normal geschlossene Kupplungen fungieren, wobei die Kupplungen abwechselnd in dem eingerückten Zustand sind. Die erste Kupplung 421 enthält einen ersten Satz Scheiben 418, der ständig mit der ersten Welle 416 verbunden ist. Ein zweiter Satz Scheiben ist ständig mit dem Gehäuse 412 verbunden. Ein Hydraulikkipphebelventil 424 steuert die Position einer Feder 440 über einen Satz Hebel 436, wie oben in Bezug auf das ähnliche Ventil 24, die ähnliche Feder 40 und die ähnlichen Hebel 436 beschrieben wurde. In 7 ist die Feder 440 in einer ersten Position gezeigt, in der sie gegen eine Anlegescheibe 422 presst, um die Kupplung 421 in einem eingerückten, normal geschlossenen Zustand zu halten und dadurch die Welle 416 zu dem Gehäuse 412 auf Masse festzulegen.
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Das Hydraulikventil 424 wird zum Anwenden eines Differenzdrucks auf die Kolben 426, 428 und dadurch zum Bewegen des Kolbenträgers 430 und der Hebel 436, die durch die Öffnungen 438 so erfasst sind, dass die Hebel 436 um die Schwenkpunkte PP schwenken, um die Feder in eine in Strichlinien gezeigte zweite Position 440A zu bewegen, gesteuert. Die Kolben 426 und 428 und der Kolbenträger 430 sind ringförmig, wobei für beide Kupplungen 421, 423 nur eine Hydrauliksteuerung erforderlich ist.
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In Umfangsrichtung ist um einen Abschnitt des Gehäuses 412 ein Satz von Stiften 452 beabstandet und durch ihn gehalten. Die Stifte 452 sind in Bezug auf das Gehäuse 412 innerhalb der Öffnungen 454, in denen sie gehalten sind, gleitfähig. Die Stifte 452 weisen beabstandete Flansche oder andere Verlängerungen auf, die so positioniert sind, dass sie sich auf das Gehäuse 412 auswirken, um die Verschiebung der Stifte 452 innerhalb der Öffnungen 454 zu begrenzen und die Stifte 452 an dem Gehäuse 412 zu halten. Die Stifte sind so konfiguriert, dass dann, wenn sich die Feder 440 zu der zweiten Position 440A bewegt, die Feder 440 die Stifte 452 gegen eine Anlegescheibe 429 schiebt, um die zweite Kupplung 423 einzurücken. Genauer ist ein Satz von Scheiben 425 ständig mit der Welle 417 verbunden. Ein Satz von Scheiben 427 ist ständig mit dem Gehäuse 412 verbunden. Wenn die Stifte 452 eine Kraft auf die Anlegescheibe 429 ausüben, gelangen die Scheiben 425 mit den Scheiben 427 in Eingriff, um die Welle 417 mit dem Gehäuse 412 zu verbinden. Da die Feder 440 die zweite Position 440A behält, wenn sie darin ist, ohne dass Hydraulikdruck in dem Ventil 424 erforderlich ist, ist die Kupplung 423 eine normal geschlossene Kupplung in einem eingerückten Zustand, wenn die Feder 440 in der zweiten Position 440A ist. Die Kupplung 410 nutzt keine Ausgleichsfedern wie die Federn 50 aus 1A und 1B, da dies in der zweiten Position 440A die Klemmkraft der Feder 440, die über die Stifte 452 auf die Scheiben 425, 427 ausgeübt würde, verringern würde.
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Falls das Gehäuse 412 nicht zu dem feststehenden Element 414 auf Masse festgelegt wäre, wäre die Kupplung 410 eine drehende normal geschlossene Doppelkupplung, da das Gehäuse 412 dann mit der Welle 416 drehbar wäre, wenn die Kupplungsscheiben 418 und 420 eingerückt wären, und andernfalls genauso wie hier beschrieben fungieren würde. Alternativ könnte die Kupplung 410 so geändert werden, dass die Welle 417 anstelle des Gehäuses 412 auf Masse festgelegt würde. In diesem Fall würde die Kupplung eine Kupplung 423 vom feststehenden Typ enthalten, während die zweite Kupplung 421 eine Kupplung vom drehenden Typ wäre.
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Beispielhafte Getriebeausführungsformen
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In 8 ist ein Hybridantriebsstrang 510 gezeigt, der eine Maschine 512 und ein elektromechanisches Hybridgetriebe 514 enthält. Das Getriebe 514 enthält eine Mehrzahl von Komponenten, die allgemein von einem feststehenden Element 516 wie etwa von einem Getriebegehäuse umgeben sind, das in 8 nur bruchstückhaft gezeigt ist, das der Fachmann auf dem Gebiet aber gut versteht. Das Getriebe 514 enthält ein Eingangselement 517 und ein Ausgangselement 519, die beide drehbare Wellen oder Naben sind. Das Eingangselement 517 ist ständig zur gemeinsamen Drehung mit einem Rotor eines ersten Elektromotors/-generators 520 verbunden, der in den Zeichnungen als Motor A bezeichnet ist. Das Getriebe 514 enthält ferner einen zweiten Elektromotor/-generator 522, der in den Zeichnungen als Motor B bezeichnet ist. Die beiden Motoren/Generatoren 520, 522 sind über einen Leistungswechselrichter/-gleichrichter, der im Folgenden nur mehr als Wechselrichter bezeichnet wird, mit einer elektrischen Speichervorrichtung wie etwa einer Batterie verbunden. Der Controller steuert den Wechselrichter, sodass gespeicherte elektrische Energie in der elektrischen Speichervorrichtung einem der beiden Motoren/Generatoren zugeführt werden kann, sodass der Motor/Generator als ein Motor fungiert oder sodass das Drehmoment des Motors/Generators in einem Generatormodus in gespeicherte elektrische Leistung umgewandelt wird. Der Controller, der Wechselrichter und die Energiespeichervorrichtung sind nicht gezeigt, sind aber vom Fachmann auf dem Gebiet gut verstanden.
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Das Getriebe 514 enthält ferner einen Planetenradsatz 530, der in Hebelform gezeigt ist, der ein erstes Zahnradelement 532, eine zweites Zahnradelement 534 und ein drittes Zahnradelement 536 aufweist, die drei Knoten festsetzen. Die Zahnradelemente 532, 534 und 536 enthalten in irgendeiner Reihenfolge ein Sonnenradelement, ein Hohlradelement und ein Trägerelement, das Ritzel stützt, die mit dem Sonnenradelement und mit dem Hohlradelement kämmen. Das Ausgangselement 519 ist ständig zur Drehung mit dem zweiten Zahnradelement 534 verbunden. Der zweite Motor/Generator 522 ist ständig zur Drehung mit dem dritten Zahnradelement 536 verbunden.
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Das Getriebe 514 enthält drei Kupplungen 550, 552 und 554. Die Kupplung 550 ist eine Kupplung vom feststehenden Typ, die wahlweise einrückbar ist, um das erste Zahnradelement 532 zu dem feststehenden Element 516 auf Masse festzulegen. Die Kupplung 552 ist eine Kupplung vom drehenden Typ, die wahlweise einrückbar ist, um den ersten Motor/Generator 520 zur gemeinsamen Drehung mit dem ersten Zahnradelement 532 zu verbinden. Die Kupplung 554 ist eine Kupplung vom drehenden Typ, die wahlweise einrückbar ist, um ein Ausgangselement der Maschine 512 zur gemeinsamen Drehung mit dem Eingangselement 517 zu verbinden.
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Anhand von 9 ist der Antriebsstrang 510 in verschiedenen Betriebsmodi betreibbar, die durch Steuern und Betrieb der Maschine 512, der Motoren/Generatoren 520, 522 und der Kupplungen 550, 552 und 554 festgesetzt werden. Zum Beispiel wird durch Einrücken der ersten Kupplung 550, um das erste Zahnradelement 532 zu dem feststehenden Element 516 auf Masse festzulegen, ein nur elektrischer Betriebsmodus (in 9 als EV – niedrige Drehzahl bezeichnet) festgesetzt, der für verhältnismäßig niedrige Drehzahlen des Ausgangselements und somit verhältnismäßig langsame Fahrzeuggeschwindigkeiten geeignet ist. Der zweite Motor/Generator 522 wird so gesteuert, dass er als ein Motor fungiert, der an das dritte Zahnradelement 536 ein Drehmoment liefert, um eine Drehung des Ausgangselements 519 mit einer Relativdrehzahl zu dem ersten Zahnradelement 536, die von dem Übersetzungsverhältnis des Planetenradsatzes 530 abhängt, zu veranlassen. In der gezeigten Ausführungsform ist die Kupplung 550 eine normal geschlossene feststehende Einfachkupplung wie etwa die Kupplung 10 aus 1A. Bei niedrigen Drehzahlen führt die Federkraft der Feder 40 den Kupplungsscheiben ausreichend Einrückkraft zu, um die Kupplung 550 in dem eingerückten Zustand, d. h. in der normal geschlossenen Position, zu halten, ohne dass Hydraulikdruck erforderlich ist. Während die Ausgangsdrehzahl zunimmt, wird eine Hydraulikpumpe 560 zum Ansaugen gebracht. Die Pumpe 560 ist über ein Zahnrad oder einen Getriebezug 562, das/der die Drehzahl der Pumpe 560 relativ zu der Ausgangswelle 519 erhöht, zu dem Ausgangselement 519 übersetzt. Die Pumpe 560 steht in Fluidverbindung mit der Kupplung 550 und liefert zusätzlichen Fluiddruck, um die Kupplung 550 in dem eingerückten Zustand zu halten, während die Drehzahl des Ausgangselements 519 zunimmt.
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Durch Einrücken der Kupplung 554, wobei die normal geschlossene Kupplung 550 ebenfalls eingerückt ist, ist der Antriebsstrang 510 ferner in einem Hybridreihenbetriebsmodus betreibbar (der in 9 als Reihen, Maschine ein bezeichnet ist). Die Maschine 512 führt dem Motor/Generator 520, der zum Fungieren als ein Generator gesteuert wird, Leistung zu, wobei sie elektrische Leistung an die Energiespeichervorrichtung (nicht gezeigt) liefert. Der Controller steuert die Energiespeichervorrichtung, um daraufhin an den Motor/Generator 522, der zum Fungieren als ein Motor gesteuert wird, elektrische Leistung zu liefern, um ein Drehmoment an das Zahnradelement 536 zu liefern. Bei verhältnismäßig niedrigen Drehzahlen reicht die Federkraft, die die normal geschlossene Kupplung 550 in einem eingerückten Zustand hält, aus, um das Zahnradelement 532 zu dem feststehenden Element 516 auf Masse festzulegen, was ein Reaktionsdrehmoment liefert. Während die Drehzahl des Ausgangselements 519 zunimmt, wird die Pumpe 560 zum Ansaugen gebracht, was daraufhin Hydraulikdruck zu der Kupplung 560 liefert, um zusätzliche Anlegekraft der Kupplung 550 und Reaktionsdrehmoment bei dem Zahnradelement 532 zu erzeugen.
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Ferner ist der Antriebsstrang 510 durch Einrücken beider Kupplungen 552 und 554 und Umschalten des der Kupplung 550 zugeordneten Hydraulikventils in eine normalerweise offene Position (wie z. B. durch die zweite Position der Kupplung 10 aus 1A gezeigt ist) in einem ausgangsleistungsverzweigten Hybridbetriebsmodus betreibbar. Somit liefert die Maschine 512 Drehmoment zu dem ersten Zahnradelement 532, wie es der Motor/Generator 520 tun kann, wenn er dafür gesteuert wird, während der Motor/Generator 522 zum Fungieren als ein Motor oder als ein Generator zum Hinzufügen bzw. Empfangen von Drehmoment von dem Zahnradelement 536 gesteuert wird. Somit wird Drehmoment von der Maschine 512 und von dem Motor/Generator 522 durch den Planetenradsatz 530 bei dem Zahnradelement 534 kombiniert. Da die Kupplung 550 in dem ausgerückten Zustand ist, wird an die Kupplung 550 kein Hydraulikdruck angelegt, was Rotationsverluste bei der Kupplung 550 minimiert.
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Der Antriebsstrang 510 ist ferner in einem anderen nur elektrischen Betriebsmodus betreibbar, der in 9 als EV – hohe Drehzahl bezeichnet ist, der für verhältnismäßig hohe Geschwindigkeiten des Fahrzeugs und Drehzahlen des Ausgangselements 519 geeignet ist. Um diesen Betriebsmodus festzusetzen, bleibt die Kupplung 550 in der ausgerückten (normalerweise offenen) Position und wird die Kupplung 552 eingerückt, um den Motor/Generator 520 mit dem Zahnradelement 532 zu verbinden. Einer der Motoren/Generatoren 520 oder 522 wird zum Betrieb als ein Motor gesteuert, während der andere Motor/Generator 520 oder 522 nach Bedarf zum Betrieb als ein Motor oder als ein Generator gesteuert wird, um bei dem Zahnradelement 532 oder 536, mit dem er verbunden ist, ein Reaktionsdrehmoment zu liefern. Somit wird Drehmoment an das Ausgangselement 519 geliefert. Schließlich ist der Antriebsstrang 510 in einem Neutralzustand und das Ausgangselement 519 bei der Drehzahl null, wenn die Kupplung 550 in dem ausgerückten (normalerweise offenen) Zustand ist und die Kupplungen 552 und 554 ausgerückt sind.
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Der Antriebsstrang 510 ist oben in einer Konfiguration beschrieben, in der die Kupplung 550 eine normal geschlossene Kupplung ist und die Kupplungen 552 und 554 normal offene Kupplungen sind. In einer alternativen Konfiguration können die Kupplungen 550 und 552 normal offene Kupplungen sein, während die Kupplung 554 eine normal geschlossene Kupplung vom drehenden Typ wie etwa die Kupplung 310 aus 6 sein kann, wobei die Wellen 316 und 317 dem Maschinenausgangselement und dem Maschineneingangselement 517 entsprechen. In den verschiedenen Konfigurationen, in denen die Kupplung 550 eine normal geschlossene Kupplung ist, kann das Zahnradelement 532 ein Sonnenradelement, ein Hohlradelement oder ein Trägerelement sein.
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In einer abermals anderen alternativen Konfiguration können beide Kupplungen 550 und 554 normal geschlossene Kupplungen sein, während die Kupplung 552 eine normal offene Kupplung ist.
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In 10 ist eine andere Ausführungsform eines beispielhaften Hybridantriebsstrangs 610 gezeigt, der eine Maschine 612 und ein elektromechanische Hybridgetriebe 614 enthält. Das Getriebe 614 enthält eine Mehrzahl von Komponenten, die allgemein von einem feststehenden Element 616 wie etwa einem Getriebegehäuse umgeben sind, das in 10 nur bruchstückhaft gezeigt ist, das der Fachmann auf dem Gebiet aber gut versteht. Das Getriebe 614 enthält ein Eingangselement 617 und ein Ausgangselement 619, die beide drehbare Wellen oder Naben sind. Ferner enthält das Getriebe 614 einen ersten Motor/Generator 620 und einen zweiten Elektromotor/-generator 622. Beide Motoren/Generatoren 620, 622 sind über einen Leistungswechselrichter mit einer elektrischen Speichervorrichtung wie etwa einer Batterie verbunden. Der Controller steuert den Wechselrichter so, dass gespeicherte elektrische Energie einem der Motoren/Generatoren zugeführt werden kann, sodass der Motor/Generator als ein Motor fungiert, oder so, dass Drehmoment des Motors/Generators in einem Generatormodus in gespeicherte elektrische Leistung umgewandelt wird. Der Controller, der Wechselrichter und die Energiespeichervorrichtung sind nicht gezeigt, sind vom Fachmann auf dem Gebiet aber gut verstanden.
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Das Getriebe 614 enthält ferner drei Planetenradsätze 630, 640 und 650, die in Hebelform gezeigt sind, die jeweils ein erstes Zahnradelement, ein zweites Zahnradelement und ein drittes Zahnradelement aufweisen, die drei Knoten festsetzen. Der Planetenradsatz 630 weist ein erstes Zahnradelement 632, ein zweites Zahnradelement 634 und drittes Zahnradelement 636 auf. Die Zahnradelemente 632, 634 und 636 enthalten in irgendeiner Reihenfolge ein Sonnenradelement, ein Hohlradelement und ein Trägerelement, das Ritzel stützt, die mit dem Sonnenradelement und mit dem Hohlradelement kämmen. Der Planetenradsatz 640 weist ein erstes Zahnradelement 642, eine zweites Zahnradelement 644 und ein drittes Zahnradelement 646 auf. Die Zahnradelemente 642, 644 und 646 enthalten in irgendeiner Reihenfolge ein Sonnenradelement, ein Hohlradelement und ein Trägerelement, das Ritzel stützt, die mit dem Sonnenradelement und mit dem Hohlradelement kämmen. Der Planetenradsatz 650 weist ein erstes Zahnradelement 652, ein zweites Zahnradelement 654 und ein drittes Zahnradelement 656 auf. Die Zahnradelemente 652, 654 und 656 enthalten in irgendeiner Reihenfolge ein Sonnenradelement, ein Hohlradelement und ein Trägerelement, das Ritzel stützt, die mit dem Sonnenradelement und mit dem Hohlradelement kämmen. Das Eingangselement 617 ist ständig zur Drehung mit dem dritten Zahnradelement 636 verbunden. Das Ausgangselement 619 ist ständig zur Drehung mit dem dritten Zahnradelement 656 verbunden. Der erste Motor/Generator 620 ist ständig zur Drehung mit dem zweiten Zahnradelement 634 verbunden. Der zweite Motor/Generator 622 ist ständig zur Drehung mit dem zweiten Zahnradelement 644 verbunden.
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Das Getriebe 614 enthält fünf Kupplungen 660, 662, 664, 666 und 668. Die Kupplung 660 ist eine Kupplung vom feststehenden Typ, die wahlweise einrückbar ist, um das zweite Zahnradelement 654 zu dem feststehenden Element 616 auf Masse festzulegen. Die Kupplung 662 ist eine Kupplung von drehenden Typ, die wahlweise einrückbar ist, um das zweite Zahnradelement 644 und den zweiten Motor/Generator 622 zur gemeinsamen Drehung mit dem zweiten Zahnradelement 654 zu verbinden. Die Kupplung 664 ist eine Kupplung vom feststehenden Typ, die wahlweise einrückbar ist, um das dritte Zahnradelement 646 zu dem feststehenden Element 616 auf Masse festzulegen. Die Kupplung 666 ist eine Kupplung vom drehenden Typ, die wahlweise einrückbar ist, um das zweite Zahnradelement 634 und den ersten Motor/Generator 620 zur gemeinsamen Drehung mit dem dritten Zahnradelement 646 zu verbinden. Die Kupplung 668 ist eine Kupplung vom feststehenden Typ, die wahlweise einrückbar ist, um das Eingangselement 617 zu dem feststehenden Element 616 auf Masse festzulegen.
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Eine Hydraulikpumpe 672 ist über ein Zahnrad oder einen Getriebezug, 670, das/der die Drehzahl der Pumpe 672 relativ zu der der Ausgangswelle 619 erhöht, zu dem Ausgangselement 619 übersetzt. Die Pumpe 672 steht in Fluidverbindung mit den Kupplungen 660, 662, 664, 666 und 668 und liefert zusätzlichen Fluiddruck, um eine oder mehrere der Kupplungen, wie in verschiedenen Betriebsmodi aus 11 ausgewählt ist, in dem eingerückten Zustand zu halten, während die Drehzahl des Ausgangselements 619 zunimmt.
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Anhand von 11 ist der Antriebsstrang 610 in verschiedenen Betriebsmodi betreibbar, die durch die Steuerung und den Betrieb der Maschine 612, des Motors/Generators 620, 622 und der Kupplungen 660, 662, 664, 666 und 668 festgesetzt werden. Zum Beispiel wird ein neutraler Betriebsmodus festgesetzt, der auch als ein Maschinenstartmodus bezeichnet wird, von dem die Maschine gestartet werden kann, wenn die Kupplung 664 eingerückt wird und der Motor/Generator 620 oder der Motor/Generator 622 als ein Motor betrieben wird, um Drehmoment an das Eingangselement 617 und somit an die Maschine 612 zu liefern, während der andere der Motoren/Generatoren ein Reaktionsdrehmoment liefert. Die Kupplung 664 kann eine normal geschlossene feststehende Einfachkupplung wie etwa die Kupplung 10 aus 1A mit einer Welle 16 sein, die mit dem dritten Zahnradelement 646 verbunden ist, die dadurch ermöglicht, dass der Maschinenstartmodus bewirkt wird, wenn die Pumpe 672 wegen niedriger Drehzahl des Ausgangselements 619 keinen wesentlichen Hydraulikdruck liefert.
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Wenn die Kupplung 660 eingerückt ist, wird der Betrag des bei dem Ausgangselement 619 gelieferten Maschinendrehmoments durch Betrieb der Motoren/Generatoren 620, 622 als Motoren oder Generatoren in etwas, das als ein erster Modus ETC1 eines elektrischen Drehmomentwandlers bezeichnet wird, ähnlich der Funktion eines hydraulischen Drehmomentwandlers gesteuert. Ein anderer Modus ETC2 eines elektrischen Drehmomentwandlers wird festgesetzt, wenn die Kupplung 662 eingerückt ist und einer oder beide der Motoren/Generatoren 620, 622 den Betrag des Maschinendrehmoments steuern, das an das Ausgangselement 619 geliefert wird. Die Kupplung 660 kann eine normal geschlossene Kupplung vom feststehenden Typ wie die Kupplung 10 aus 1A sein und/oder die Kupplung 662 kann eine normal geschlossene Kupplung vom drehenden Typ wie die Kupplung 310 aus 6 sein, wobei die Wellen 316 und 317 mit Zahnradelementen 644 und 654 verbinden. In beiden Fällen hätte die Feder 40 in dem normal geschlossenen eingerückten Zustand ausreichend Einrückkraft, um bei den verhältnismäßig niedrigen Drehzahlen, in denen die Modi eines elektrischen Drehmomentwandlers betrieben werden, Drehmoment zu übertragen.
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Das Getriebe 610 ist ferner betreibbar, um vier verschiedene elektrisch variable Betriebsmodi EVT1, EVT2, EVT3 und EVT4 bereitzustellen. In dem ersten elektrisch variablen Betriebsmodus EVT1 sind die Kupplungen 660 und 664 eingerückt und führt die Maschine Drehmoment zu, während die Motoren/Generatoren 620, 622 zum Betrieb als Motoren oder Generatoren gesteuert werden, wie es zum Erfüllen des Betreiberbedarfs erforderlich ist. Eine oder beide Kupplungen 660 und 664 können normal geschlossene Kupplungen vom feststehenden Typ wie die Kupplung 10 aus 1A sein. Die anderen elektrisch variablen Betriebsmodi EVT2, EVT3 und EVT4 werden durch Einrücken der Kupplungen 660 und 666, der Kupplungen 662 und 666 bzw. der Kupplungen 662 und 664 bewirkt.
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Irgendeine oder alle der Kupplungen können nach Bedarf normal geschlossene Kupplungen vom feststehenden Typ oder drehenden Typ sein.
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Der Antriebsstrang 610 kann in zwei verschiedenen nur elektrischen Betriebsmodi betrieben werden, in denen die Maschine 612 ausgeschaltet ist und die Motoren/Generatoren 620, 622 jeweils zum Wirken als ein Motor oder als ein Generator gesteuert werden, um Drehmoment an das Ausgangselement 619 zu liefern. In dem ersten nur elektrischen Betriebsmodus EVT1 E OFF sind die Kupplungen 660, 664 und 668 eingerückt. Die Kupplung 668 halt das Eingangselement 617 und die Maschinenausgangswelle feststehend und liefert ein Reaktionsdrehmoment bei dem Zahnradelement 636, während der Motor/Generator 620 zum Betrieb als ein Motor gesteuert wird. Bei den Zahnradelementen 646 und 654 wird ebenfalls ein Reaktionsdrehmoment geliefert. In dem zweiten nur elektrischen Betriebsmodus EVT3 E OFF wird einer der Motoren/Generatoren 620, 622 als ein Generator betrieben, um bei dem jeweiligen Zahnradelement, mit dem er verbunden ist, ein Reaktionsdrehmoment zu liefern, während der andere der Motoren/Generatoren 620, 622 zum Fungieren als ein Motor gesteuert wird, um ein Drehmoment bei dem Ausgangselement 619 zu liefern.
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Bei dem Antriebsstrang 610 sind außerdem drei verschiedene feste Übersetzungsverhältnisse verfügbar. Zum Beispiel wird durch Einrücken der Kupplungen 660, 664 und 666 ein erstes festes Übersetzungsverhältnis FG1 festgesetzt. Der Motor/Generator 620 ist geerdet und der Motor/Generator 622 läuft frei. Durch Einrücken der Kupplungen 660, 662 und 666 wird ein zweites festes Übersetzungsverhältnis FG2 festgesetzt. Der Motor/Generator 622 ist geerdet und der Motor/Generator 620 läuft frei. Durch Einrücken der Kupplungen 662, 664 und 666 wird ein drittes festes Übersetzungsverhältnis FG3 festgesetzt. Der Motor/Generator 620 ist geerdet und der Motor/Generator 622 läuft frei. In den festen Übersetzungsverhältnissen liefert die Maschine 612 ein Drehmoment zu dem Ausgangselement 619. Die Motoren/Generatoren 620, 622 beeinflussen die Drehzahl des Ausgangselements 619 nicht.
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Die Antriebsstränge 510, 610 aus 8 und 10 repräsentieren nur zwei beispielhafte Ausführungsformen von Antriebssträngen, die Getriebe aufweisen, die wenigstens eine normal geschlossene Kupplung enthalten. In einem Getriebe können eine oder mehrere der normal geschlossenen Kupplungen aus 1A, 1B und 4–7 verwendet werden, um Rotationsverluste und Hydraulikdruckanforderungen zu verringern und somit die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu erhöhen.