DE102010023076A1 - Multi-speed gear for vehicle, has brake and coupling device comprising actuator for decelerating ring gear of planetary gears under release of planetary gear cage in shift position and coupling ring gear with cage in another shift position - Google Patents

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Abstract

The gear (1) has a coupling device (6) for coupling a gear box input (7) to a motor output shaft. A transmission drive shaft (8) and a gear box driven shaft (9) accommodate spur gear pairs (4), and planetary gears (3) are arranged between the casing and input. A brake and coupling device (15) has an actuator (16) selectively holding the gears in a freewheeling condition in a shift position (17), decelerating a ring gear (20) of the planetary gears under release of a planetary gear cage (12) in another shift position (18) and coupling the ring gear with the cage in a third shift position (19).

Description

Die Anmeldung betrifft ein Mehrganggetriebe mit Drehmomentverzweigungssystem über ein Planetengetriebe. Das Mehrganggetriebe weist eine Stirnradpaarung für jeden Gang, eine Kupplungsglocke zur Aufnahme einer Kupplungsvorrichtung zum Ankuppeln eines Getriebeeingangs an eine Motorabtriebswelle, mindestens eine Getriebeantriebswelle und eine Getriebeabtriebswelle zur Aufnahme der Stirnradpaarungen der Gänge, und einen Getriebeausgang mit einem Abtriebszahnrad auf der Getriebeabtriebswelle auf. Zwischen der Kupplungsglocke und dem Getriebeeingang ist das Planetengetriebe angeordnet, dessen Planetenradkäfig einen Stirnradzahnkranz aufweist, der mit dem Stirnradzahnkranz des Abtriebszahnrads kämmt.The application relates to a multi-speed transmission with torque split system via a planetary gear. The multi-speed transmission has a Stirnradpaarung for each gear, a clutch bell for receiving a coupling device for coupling a transmission input to an engine output shaft, at least one transmission input shaft and a transmission output shaft for receiving the Stirnradpaarungen the gears, and a transmission output with an output gear on the transmission output shaft. Between the clutch bell and the transmission input, the planetary gear is arranged, the Planetenradkäfig has a spur gear ring which meshes with the spur gear of the driven gear.

Ein derartiges Mehrganggetriebe mit Drehmomentverzweigungssystem über ein Planetengetriebe ist aus der Druckschrift EP 1 625 037 B1 als ein Getriebesystem für Fahrzeuge, welches eine Eingangswelle umfasst, die mit einer Antriebsquelle gekoppelt werden kann, bekannt.Such a multi-speed transmission with torque split system via a planetary gear is from the document EP 1 625 037 B1 As a transmission system for vehicles, which comprises an input shaft which can be coupled to a drive source known.

Das bekannte Getriebesystem weist für das Hohlrad des Planetengetriebes eine Bremsvorrichtung auf, um beim Umschalten zwischen niedrigen Gängen beispielsweise vom ersten in den zweiten Gang eine Drehmomentunterbrechung durch Zuschalten des Planetengetriebeganges zu überbrücken und Motorleistung an das Fahrwerk abzugeben, indem für diese Schaltphase das freilaufende Hohlrad des Planetengetriebes blockiert bzw. abgebremst ist und über den Stirnradzahnkranz des Planetenradkäfigs auf das Abtriebszahnrad der Getriebeabtriebswelle übertragen wird. Sobald der zweite Gang greift, wird die Bremse für das Hohlrad freigegeben, so dass sich das Planetengetriebe im Freilauf befindet.The known transmission system has for the ring gear of the planetary gear to a braking device to bridge when switching between low gears, for example, from first to second gear torque interruption by switching the planetary gear and deliver engine power to the chassis by the freewheeling ring gear of the planetary gear for this switching phase is blocked or braked and transmitted via the Stirnradzahnkranz the Planetenradkäfigs on the output gear of the transmission output shaft. As soon as the second gear engages, the brake is released for the ring gear, so that the planetary gear is in free-running.

Um in den unteren Gängen eines Schaltgetriebes die Drehmomentunterbrechungen beim Hochschalten zu überbrücken und somit die Drehmomentlücke aufzufüllen, ist für das Planetengetriebe ein Untersetzungsverhältnis, das nahezu dem Untersetzungsverhältnis des dritten Schaltganges entspricht, eine optimale Option. Ein Nachteil des bekannten Getriebesystems aus Mehrganggetriebe und Planetengetriebe ist, dass mit der Bremsvorrichtung für das Hohlrad weitere Einsatzmöglichkeiten und Untersetzungsmöglichkeiten des parallel geschalteten Planetengetriebes nicht genutzt werden können.To bridge in the lower gears of a gearbox, the torque interruptions during upshifting and thus to fill the torque gap, a reduction ratio, which corresponds almost to the reduction ratio of the third shift gear is an optimal option for the planetary gear. A disadvantage of the known transmission system of multi-speed transmission and planetary gear is that with the braking device for the ring gear further applications and reduction possibilities of the parallel-connected planetary gear can not be used.

Aufgabe der Anmeldung ist es, ein Mehrganggetriebe mit Drehmomentverzweigungssystem über ein Planetengetriebe anzugeben, das die Nachteile im Stand der Technik überwindet und eine Brems- und Koppelvorrichtung aufweist, die weitere Einsatzmöglichkeiten des Planetengetriebes eröffnet.The object of the application is to provide a multi-speed transmission with torque split system via a planetary gear, which overcomes the disadvantages of the prior art and has a braking and coupling device, which opens up further applications of the planetary gear.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Anmeldung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved with the subject matter of independent claim 1. Advantageous developments of the application will become apparent from the dependent claims.

Gemäß der Anmeldung wird ein Mehrganggetriebe mit Drehmomentverzweigungssystem über ein Planetengetriebe geschaffen. Das Mehrganggetriebe weist eine Stirnradpaarung für jeden Gang, eine Kupplungsglocke zur Aufnahme einer Kupplungsvorrichtung zum Ankuppeln eines Getriebeeingangs an eine Motorabtriebswelle, mindestens eine Getriebeantriebswelle und eine Getriebeabtriebswelle zur Aufnahme der Stirnradpaarungen der Gänge, und einen Getriebeausgang mit einem Abtriebszahnrad auf der Getriebeabtriebswelle auf.According to the application, a multi-speed transmission with torque split system is provided via a planetary gear. The multi-speed transmission has a Stirnradpaarung for each gear, a clutch bell for receiving a coupling device for coupling a transmission input to an engine output shaft, at least one transmission input shaft and a transmission output shaft for receiving the Stirnradpaarungen the gears, and a transmission output with an output gear on the transmission output shaft.

Zwischen der Kupplungsglocke und dem Getriebeeingang ist das Planetengetriebe angeordnet, dessen Planetenradkäfig einen Stirnradzahnkranz aufweist, der mit dem Stirnradzahnkranz des Abtriebszahnrads kämmt. Eine Brems- und Koppelvorrichtung weist einen Aktuator auf, der wahlweise in einer ersten Schaltposition das Planetengetriebe in einem Freilaufzustand hält, in einer zweiten Schaltposition ein Hohlrad des Planetengetriebes unter Freigabe des Planetenradkäfigs einbremst und in einer dritten Schaltposition das Hohlrad mit dem Planetenradkäfig koppelt.Between the clutch bell and the transmission input, the planetary gear is arranged, the Planetenradkäfig has a spur gear ring which meshes with the spur gear of the driven gear. A brake and coupling device has an actuator which optionally holds the planetary gear in a freewheeling state in a first shift position, brakes a ring gear of the planetary gear in a second shift position releasing the Planetenradkäfigs and coupled in a third shift position, the ring gear with the Planetenradkäfig.

Diese drei Schaltpositionen des Aktuators haben den Vorteil, dass in der ersten Schaltposition das Mehrgangstirnradgetriebe ohne Unterstützung des Planetengetriebes Drehmomente in herkömmlicher Weise überträgt, in der zweiten Position können Drehmomentunterbrechungen beim Hochschalten in den unteren Gängen überbrückt werden und somit kann eine Drehmomentauffüllung zwischen den unteren Gängen erfolgen, in der dritten Schaltposition gibt das Planetengetriebe die hohe Drehzahl des Motors über das Sonnenrad und das mit dem Planetenradkäfig drehende Hohlrad in einem Übersetzungsverhältnis 1:1 an das Stirnrad des Planetenradkäfigs weiter, so dass in dieser dritten Schaltposition auch eine Drehmomentüberbrückung der Drehmomentunterbrechungen beim Hochschalten in den oberen Gängen möglich wird. Das Planetengetriebe wird dabei in der dritten Schaltposition des Aktuators in den sogenannten Blockzyklus versetzt.These three shift positions of the actuator have the advantage that in the first shift position the Mehrgangstirnradgetriebe without support of the planetary gear transmits torques in a conventional manner, in the second position torque interruptions can be bridged in the upshifts in the lower gears and thus can be done a torque filling between the lower gears , in the third shift position, the planetary gear is the high speed of the engine via the sun gear and rotating with the Planetenradkäfig ring gear in a ratio of 1: 1 to the spur of the Planetenradkäfigs on, so that in this third shift position and torque bridging the torque interruptions in upshifting in the upper courses becomes possible. The planetary gear is offset in the third switching position of the actuator in the so-called block cycle.

Darüber hinaus können in der ersten und/oder der zweiten Schaltposition auch zusätzliche Zwischengänge mit Hilfe des Planetengetriebes realisiert werden, so dass ein Mehrganggetriebe das vier Vorwärtsgänge aufweist mit sechs Vorwärtsgängen betrieben werden kann, indem die zweite und die dritte Schaltposition genutzt werden, um Zwischenuntersetzungen bzw. Übersetzungen zu realisieren. Dabei ist es sogar möglich, in der dritten Schaltposition einen Overdrive zu realisieren, wenn die Zähnezahl des Stirnradzahnkranzes des Planetenradkäfigs größer gewählt wird als die Zähnezahl des Stirnradzahnkranzes des Abtriebszahnrads.In addition, in the first and / or the second switching position, additional intermediate gears can be realized by means of the planetary gear, so that a multi-speed transmission having four forward gears can be operated with six forward gears by the second and the third shift position are used to Zwischenuntersetzungen or To realize translations. It is even possible to realize an overdrive in the third shift position when the number of teeth of the spur gear ring of the Planetenradkäfigs is selected to be larger than the number of teeth of the spur gear ring of the output gear.

Schließlich ist es auch möglich, mit der zweiten Schaltposition des Aktuators ein Untersetzungsverhältnis des Planetengetriebes anzubieten, das einem bisherigen dritten Gang einer Stirnradpaarung entspricht, so dass eine Stirnradpaarung eingespart werden kann und damit der Bauraum für das Getriebe verkleinert werden kann. In allen drei Schaltpositionen ist vorzugsweise das Sonnenrad des Planetengetriebes mit der Motorabtriebswelle gekoppelt, indem das Sonnenrad mit der Schwungmasse der Kupplung mechanisch verbunden ist.Finally, it is also possible to offer a reduction ratio of the planetary gear with the second switching position of the actuator, which corresponds to a previous third gear of a Stirnradpaarung, so that a Stirnradpaarung can be saved and thus the space for the transmission can be reduced. In all three switching positions, the sun gear of the planetary gear is preferably coupled to the engine output shaft by the sun gear is mechanically connected to the flywheel of the clutch.

In einer Ausführungsform der Anmeldung weist die Brems- und Koppelvorrichtung mehrere Ringelemente auf. Ein erstes mittleres Ringelement weist dabei einen Verstellring auf. Eine zentrale Bremsscheibe mit beidseitig angeordneten Bremsbelägen wird durch das mittlere Ringelement in Zusammenwirken mit dem Verstellring axial verschoben. Die zentrale Bremsscheibe steht dabei axial verschieblich und drehfest mit einem äußeren Zahnkranz des Hohlrads in Eingriff. Ein weiteres Ringelement bildet ein erster Druckring, der starr an der Kupplungsglocke fixiert ist, gegen den die Bremsscheibe zum Abbremsen des Hohlrads in der zweiten Schaltposition des Aktuators gepresst wird. Schließlich bildet ein zweiter Druckring ein drittes Ringelement, wobei der zweite Druckring gegenüber der Kupplungsglocke drehbar gelagert ist und gegen den zum Koppeln des Hohlrades mit dem Planetenradkäfig die Bremsscheibe durch das erste Ringelement in die dritte Schaltposition gepresst wird.In one embodiment of the application, the brake and coupling device has a plurality of ring elements. A first middle ring element in this case has an adjusting ring. A central brake disk with brake linings arranged on both sides is axially displaced by the middle ring element in cooperation with the adjusting ring. The central brake disc is axially displaceable and rotationally fixed with an outer ring gear of the ring gear in engagement. Another ring element forms a first pressure ring, which is rigidly fixed to the clutch bell against which the brake disc is pressed to brake the ring gear in the second switching position of the actuator. Finally, a second pressure ring forms a third ring element, wherein the second pressure ring is rotatably mounted relative to the clutch bell and against the coupling of the ring gear with the Planetenradkäfig the brake disc is pressed by the first ring member in the third shift position.

Dazu wird der Aktuator vorzugsweise elektrisch betätigt und der Verstellring weist sich in Ringsegmenten erstreckende, axial verschiebend wirkende, doppelseitig auf dem Stellring angeordnete Rampen auf. Diese Rampen verschieben beim Verdrehen des Stellrings das erste Ringelement, das eine Kugelanornung aufweist, deren Kugelpaare auf den Rampen abrollen und die Axiale Verschiebung des ersten Ringsegmentes und damit der Bremsscheibe bewirken.For this purpose, the actuator is preferably actuated electrically and the adjusting ring has in annular segments extending, axially displaceable acting, double-sided arranged on the adjusting ring ramps. These ramps move during rotation of the adjusting ring, the first ring element having a Kugelanornung, roll the pairs of balls on the ramps and cause the axial displacement of the first ring segment and thus the brake disc.

Der Stellring weist darüber hinaus ein äußeres Zahnkranzsegment auf, in das eine Schneckentriebspindel eingreift, die von einem elektrischen Stellmotor in die drei Schaltpositionen verfahrbar ist. Anstelle des Zahnkranzsegmentes in Zusammenwirken mit der Schneckentriebspindel kann auch eine am Verstellring gelenkig montiertes Schaltgestänge angeordnet sein, das elektromagnetisch über einen mehrstufigen Solenoid den Verstellring in die drei Schaltpositionen verfährt, was vorteilhafter Weise eine schnelle Umschaltung in den Drehmomentauffüllmodus ermöglicht.The adjusting ring also has an outer sprocket segment, in which engages a worm drive spindle, which can be moved by an electric servomotor in the three switching positions. Instead of the sprocket segment in cooperation with the worm drive spindle can also be arranged on an adjusting ring articulated shift linkage which moves the adjusting ring electromagnetically via a multi-stage solenoid in the three switching positions, which advantageously allows rapid switching to the Drehmomentauffüllmodus.

Der Gegenstand der Anmeldung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.The subject of the application will now be explained in more detail with reference to the accompanying figures.

1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Teilbereichs eines Mehrganggetriebes mit einem zusätzlichen Drehmomentverzweigungssystem; 1 shows a schematic cross-sectional view of a portion of a multi-speed transmission with an additional torque split system;

2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Drehmomentverzweigungssystems im Detail; 2 shows a schematic cross-sectional view of the torque split system in detail;

3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Brems- und Koppelvorrichtung in vergrößertem Maßstab; 3 shows a schematic cross-sectional view of a braking and coupling device in an enlarged scale;

4 zeigt mit den 4A, 4B und 4C schematische Querschnittsansichten der Brems- und Koppelvorrichtung in drei Schaltpositionen eines Aktuators; 4 shows with the 4A . 4B and 4C schematic cross-sectional views of the brake and coupling device in three switching positions of an actuator;

5 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Verstellring mit drei beidseitig axial wirkenden Rampen; 5 shows a schematic plan view of an adjusting ring with three axially acting on both sides of ramps;

6 zeigt eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht des Verstellrings gemäß 5 mit einer Kugelanordnung zum axialen Verschieben eines ersten mittleren Ringsegmentes. 6 shows a schematic, partially sectioned side view of the adjusting ring according to 5 with a ball arrangement for axially displacing a first middle ring segment.

1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Teilbereichs eines Mehrganggetriebes 1 mit einem zusätzlichen Drehmomentverzweigungssystem 2 über ein Planetengetriebe 3. Das Mehrganggetriebe 1 weist eine Stirnradpaarung 4 für jeden Gang, eine Kupplungsglocke 5 zur Aufnahme einer Kupplungsvorrichtung 6 zum Ankuppeln eines Getriebeeingangs 7 an eine nicht gezeigte Motorabtriebswelle, mindestens eine Getriebeantriebswelle 8 und eine Getriebeabtriebswelle 9 zur Aufnahme der Stirnradpaarungen 4 der Gänge und einen Getriebeausgang 10 mit einem Abtriebszahnrad 11 auf der Getriebeabtriebswelle 9 auf. 1 shows a schematic cross-sectional view of a portion of a multi-gear transmission 1 with an additional torque split system 2 via a planetary gear 3 , The multi-speed transmission 1 has a Stirnradpaarung 4 for every gear, a clutch bell 5 for receiving a coupling device 6 for coupling a transmission input 7 to an engine output shaft, not shown, at least one transmission input shaft 8th and a transmission output shaft 9 for receiving the Stirnradpaarungen 4 the gears and a transmission output 10 with a driven gear 11 on the transmission output shaft 9 on.

Zwischen der Kupplungsglocke 5 und dem Getriebeeingang 7 ist das Planetengetriebe 3 angeordnet. Ein Sonnenrad 25 des Planetengetriebes 3 ist koaxial zur Getriebeantriebswelle 8 auf einem Achsrohr 39 gelagert und über eine Schwungmasse der Kupplungsvorrichtung 6 mit der hier nicht gezeigten Motorabtriebswelle verbunden. Ein Planetenradkäfig 12 weist einen Stirnradzahnkranz 13, der drehbar auf dem auf dem Achsrohr 39 gelagert ist auf. Der Stirnradzahnkranz 13 des Planetenradkäfigs 12 kämmt mit einem Stirnradzahnkranz 14 des Abtriebszahnrads 11.Between the clutch bell 5 and the transmission input 7 is the planetary gear 3 arranged. A sun wheel 25 of the planetary gear 3 is coaxial with the gear drive shaft 8th on an axle tube 39 stored and a flywheel of the coupling device 6 connected to the engine output shaft, not shown here. A planetary cage 12 has a spur gear ring 13 that rotates on the axle tube 39 is stored up. The spur gear ring 13 of the planet wheel cage 12 meshes with a spur gear wreath 14 of the output gear 11 ,

Eine Brems- und Koppelvorrichtung 15, die das Planetengetriebe 3 ringförmig umgibt, weist einen Aktuator 16 auf, der wahlweise in einer ersten Schaltposition 17, wie es 1 zeigt, das Planetengetriebe 3 in einem Freilaufzustand hält, in einer zweiten Schaltposition 18 ein Hohlrad 20 des Planetengetriebes 3 unter Freigabe des Planetenradkäfigs 12 einbremst und in einer dritten Schaltposition 19 das Hohlrad 20 mit dem Planetenradkäfig 12 zu einem so genannten Blockzyklus des Planetengetriebes 3 koppelt.A brake and coupling device 15 that the planetary gear 3 annular surrounds, has an actuator 16 on, which optionally in a first switch position 17 , like it 1 shows the planetary gear 3 holds in a freewheeling state, in a second switching position 18 a ring gear 20 of the planetary gear 3 under release of the planetary gear cage 12 einbremst and in a third switching position 19 the ring gear 20 with the planetary gear cage 12 to a so-called block cycle of the planetary gear 3 coupled.

Da in dieser dritten Schaltposition 19 in einem Blockzyklus des Planetengetriebes 3 die Motordrehzahl über das Sonnenrad 25 direkt auf den Stirnradzahnkranz 13 des Planetenradkäfigs 12 übertragen wird, bestimmt das Verhältnis der Zähnezahl des Stirnradzahnkranzes 13 des Planetenradkäfigs 12 zu den Zähnezahl des Stirnradzahnkranzes 14 des Abtriebszahnrads 11 ein Übersetzungsverhältnis bzw. ein Untersetzungsverhältnis. Dadurch kann auch ein Overdrive bei geeignetem Verhältnis der Zähnezahl des Stirnradzahnkranzes 13 zu der Zähnezahl des Stirnradzahnkranzes 14 an den Getriebeausgang 10 und damit an ein Differenzial 40 abgegeben werden.Because in this third shift position 19 in a block cycle of the planetary gear 3 the engine speed over the sun gear 25 directly on the spur gear ring 13 of the planet wheel cage 12 is transmitted, determines the ratio of the number of teeth of the spur gear ring 13 of the planet wheel cage 12 to the number of teeth of the spur gear ring 14 of the output gear 11 a gear ratio or a reduction ratio. This can also be an overdrive with a suitable ratio of the number of teeth of the spur gear ring 13 to the number of teeth of the spur gear ring 14 to the transmission output 10 and thus to a differential 40 be delivered.

In der zweiten Schaltposition 18 der Brems- und Koppelvorrichtung 15 wird das Hohlrad 20 des Planetengetriebes 3 eingebremst, so dass ein Untersetzungsverhältnis zwischen Sonnenraddrehzahl und Drehzahl des Planetenradkäfigs 12 auftritt, das derart gestaltet werden kann, dass es in der Nähe des dritten Ganges des Mehrganggetriebes liegt und damit die Möglichkeit besteht, die bei einem Mehrgangschaltgetriebe auftretenden Drehmomentunterbrechungen beim Hochschalten in den unteren Gängen, vorzugsweise vom ersten zum zweiten Gang, zu überbrücken bzw. diese Drehmomentunterbrechungen aufzufüllen, so dass das Mehrganggetriebe 1 in diesen kritischen Phasen eine Antriebsleistung über das Drehmomentverzweigungssystem 2 an das Fahrwerk überträgt.In the second switching position 18 the brake and coupling device 15 becomes the ring gear 20 of the planetary gear 3 braked, so that a reduction ratio between sun gear speed and speed of Planetenradkäfigs 12 occurs, which can be designed such that it is in the vicinity of the third gear of the multi-speed transmission and thus there is the possibility of bridging the torque interruptions occurring in a higher speed gearshift in the lower gears, preferably from the first to the second gear, or these Torque interruptions replenish, so that the multi-speed transmission 1 In these critical phases, drive power via the torque split system 2 transmits to the chassis.

Mit der dritten Schaltposition 19 des Aktuators 16 können hingegen Drehmomentunterbrechungen beim Hochschalten in den höheren Gängen entsprechend überbrückt werden, da wie oben bereits erwähnt die Drehzahl des Abtriebszahnrads im Blockzyklus der Planetengetriebe bis in den Overdrive je nach Verhältnis der Stirnradzahnkränze 13 und 14 getrieben werden kann.With the third switching position 19 of the actuator 16 On the other hand, torque interruptions can be bridged accordingly when upshifting in the higher gears, as already mentioned above, the speed of the output gear in the block cycle of the planetary gear up to the overdrive depending on the ratio of Stirnradzahnkränze 13 and 14 can be driven.

Mit diesem Mehrganggetriebe 1 mit Drehmomentverzweigungssystem 2 über ein Planetengetriebe 3 ist es demnach möglich, die beim Schalten des Mehrganggetriebes auftretenden Drehmomentunterbrechungen sowohl im unteren Gangbereich als auch im oberen Gangbereich zu überbrücken. Dazu wird ein Aktuator-Kugelmechanismus mit doppelseitig wirksamen Rampen vorgesehen, der mit den nachfolgenden 2 bis 6 näher erläutert wird. Außerdem ermöglicht der Aktuator-Kugelmechanismus, dass das Planetengetriebe 3 so ausgelegt werden kann, dass es das Mehrganggetriebe 1 um weitere zwei Gänge ergänzt, nämlich einmal im unteren Gangbereich und einmal im oberen Gangbereich bis hin zu einem Overdrive-Gang.With this multi-speed transmission 1 with torque split system 2 via a planetary gear 3 It is therefore possible to bridge the torque interruptions occurring when switching the multi-speed transmission both in the lower gear range and in the upper gear range. For this purpose, an actuator-ball mechanism is provided with double-sided effective ramps, with the following 2 to 6 is explained in more detail. In addition, the actuator ball mechanism allows the planetary gear 3 can be designed so that it is the multi-speed transmission 1 supplemented by two more gears, namely once in the lower gear range and once in the upper gear range up to an overdrive gear.

Andererseits ist es auch möglich, beispielsweise auf den dritten Gang und damit auf die Stirnradpaarung für den dritten Gang im Mehrganggetriebe 1 zu verzichten und diese Funktion durch das Planetengetriebe 3 mit der zweiten Schaltposition 18 des Aktuators 16 vorzusehen.On the other hand, it is also possible, for example, to the third gear and thus on the Stirnradpaarung for the third gear in multi-speed transmission 1 to dispense with this function through the planetary gear 3 with the second switching position 18 of the actuator 16 provided.

2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Drehmomentverzweigungssystems 2 mit der Brems- und Koppelvorrichtung 15 im Detail. Die Brems- und Koppelvorrichtung 15 weist mehrere Ringelemente 21, 22 und 23 auf, wobei ein erstes mittleres Ringelement 21 einen Verstellring 24 besitzt und eine zentrale Bremsscheibe 26 mit beidseitig angeordneten Bremsbelägen 36 und 37 axial verschiebt. Die Bremsscheibe 26 steht mit dem Hohlrad 20 axial verschieblich über einen Außenzahnkranz 34 des Hohlrades 20 in Eingriff und ist drehbar gegenüber dem mittleren Ringsegment 21 gelagert. 2 shows a schematic cross-sectional view of the torque split system 2 with the brake and coupling device 15 in detail. The brake and coupling device 15 has several ring elements 21 . 22 and 23 on, wherein a first middle ring element 21 an adjusting ring 24 owns and a central brake disc 26 with brake pads arranged on both sides 36 and 37 moves axially. The brake disc 26 stands with the ring gear 20 axially displaceable via an outer ring gear 34 of the ring gear 20 engaged and is rotatable relative to the middle ring segment 21 stored.

Ein zweites Ringsegment 32 bildet einen ersten Druckring 22, der starr an der Kupplungsglocke 5 fixiert ist und gegen den die Bremsscheibe 26 mit einem Bremsbelag 38 zum Abbremsen des Hohlrades 20 in der zweiten Schaltposition 18 des Aktuators 16 durch das erste Ringelement 21 gepresst werden kann. Als drittes Ringsegment 33 weist die Brems- und Koppelvorrichtung 15 einen zweiten Druckring 23 auf, der gegenüber der Kupplungsglocke 5 drehbar beispielsweise mit Hilfe eines Nadellagers 41 gelagert ist. Die Bremsscheibe 26 wird mit ihrem Bremsbelag 37 in der dritten Schaltposition 19 des Aktuators 16 gegen dieses dritte Ringelement 33 gepresst und damit wird das Hohlrad 20 des Planetengetriebes 3 mit dem Planetenradkäfig 12 gekoppelt und ein Blockzyklus des Planetengetriebes 3, bei dem das Übersetzungsverhältnis zwischen Sonnenrad 25 und Planetenradkäfig 12 1:1 ist, hergestellt.A second ring segment 32 forms a first pressure ring 22 , who is rigidly attached to the clutch bell 5 is fixed and against the brake disc 26 with a brake pad 38 for braking the ring gear 20 in the second switching position 18 of the actuator 16 through the first ring element 21 can be pressed. As the third ring segment 33 has the brake and coupling device 15 a second pressure ring 23 on, opposite the clutch bell 5 rotatable for example by means of a needle bearing 41 is stored. The brake disc 26 is with her brake pad 37 in the third switching position 19 of the actuator 16 against this third ring element 33 pressed and thus becomes the ring gear 20 of the planetary gear 3 with the planetary gear cage 12 coupled and a block cycle of the planetary gear 3 in which the gear ratio between sun gear 25 and planetary gear cage 12 1: 1 is produced.

3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Brems- und Koppelvorrichtung 15 in vergrößertem Maßstab. Der Antrieb des Aktuators 16 wird hier beispielsweise mit einer Schneckentriebspindel 29 erreicht, die mit einem äußeren Zahnkranzsegment 28 des Verstellrings 24 kämmt. Anstelle einer Schneckentriebspindel 29 kann jedoch auch ein dreistufiger Solenoid eingesetzt werden, um die drei Schaltpositionen des Aktuators 16 zu realisieren. Beim Verdrehen des Verstellrings 24 wird eine Kugelanordnung 38, die in Mitnehmerringen 27 des ersten mittleren Ringelements 21 oder in Vertiefungen des ersten mittleren Ringelements 21 gelagert sind, axial mit Hilfe einer Rampe 30, auf der die Kugelanordnung 38 beidseitig des Verstellrings 24 abrollt, verschoben. 3 shows a schematic cross-sectional view of a brake and coupling device 15 on an enlarged scale. The drive of the actuator 16 is here for example with a worm drive spindle 29 achieved with an outer sprocket segment 28 the adjusting ring 24 combs. Instead of a worm drive spindle 29 However, a three-stage solenoid can be used to the three switching positions of the actuator 16 to realize. When turning the adjusting ring 24 becomes a ball arrangement 38 that in takeaway rings 27 of the first middle ring element 21 or in depressions of the first middle ring element 21 are stored axially by means of a ramp 30 on which the ball arrangement 38 on both sides of the adjusting ring 24 rolls off, moved.

Das erste mittlere Ringelement 21 wird dabei in axialer Richtung mitgenommen und kann die Bremsscheibe 26, die mit dem Außenzahnkranz des Hohlrads 20 achsverschieblich in Eingriff steht, aus dieser hier gezeigten ersten Schaltstellung 17, in der das Planetengetriebe 3 freigegeben ist, in eine zweite oder eine dritte Position axial verschieben, wie es die nachfolgende 4 mit den 4A, 4B und 4C zeigt. The first middle ring element 21 is taken along in the axial direction and can the brake disc 26 connected to the outer ring gear of the ring gear 20 achsverschieblich is engaged, from this first switching position shown here 17 in which the planetary gear 3 is released, move axially to a second or a third position, as the following 4 with the 4A . 4B and 4C shows.

4 zeigt mit den 4A, 4B und 4C schematische Querschnittsansichten der Brems- und Koppelvorrichtung 15 in drei Schaltpositionen 17, 18 und 19 des Aktuators 16. Komponenten mit den gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. 4 shows with the 4A . 4B and 4C schematic cross-sectional views of the brake and coupling device 15 in three switching positions 17 . 18 and 19 of the actuator 16 , Components having the same functions as in the previous figures are identified by the same reference numerals and will not be discussed separately.

Dazu zeigt 4A die erste Schaltposition 17, bei der das Planetengetriebe 3 freigegeben ist. Die Kugelanordnung 38 hält das erste Ringsegment 21 und damit die Bremsscheibe 26 in einer mittleren neutralen Stellung.In addition shows 4A the first switching position 17 in which the planetary gear 3 is released. The ball arrangement 38 holds the first ring segment 21 and thus the brake disc 26 in a middle neutral position.

In 4B erreicht der Aktuator 16 seine zweite Schaltposition 18, bei der die Kugelanordnung 38 durch die Rampe 30 am Verstellring 24 axial soweit verschoben ist, dass der Bremsbelag 36 der Bremsscheibe 26 an einen ersten Druckring 22, der an der Kupplungsglocke 5 fixiert ist, gepresst wird. Damit wird das Hohlrad 20 des Planetengetriebes 3 eingebremst und kann über den Stirnradzahnkranz des Planetenradkäfigs 12 ein Drehmoment auf das Abtriebszahnrad während der Drehmomentunterbrechung der unteren Gänge des Mehrgangstirnradgetriebes übertragen.In 4B reaches the actuator 16 its second switching position 18 in which the ball assembly 38 through the ramp 30 on the adjusting ring 24 axially shifted so far that the brake pad 36 the brake disc 26 to a first pressure ring 22 holding the clutch bell 5 is fixed, is pressed. This is the ring gear 20 of the planetary gear 3 braked and can over the spur gear of the Planetenradkäfigs 12 transmit torque to the output gear during torque interruption of the lower gears of the multi-speed spur gear.

In 4C wird nach Verdrehen des Verstellrings 24 die Kugelanordnung 38 auf den zweiseitig wirksamen Rampen 30 derart axial verschoben, dass nun über den Bremsbelag 37 die Bremsscheibe 26 auf den zweiten Druckring 23, mit dem der Planetenradkäfig 12 mechanisch verbunden ist, gepresst wird, und somit das Hohlrad 20 mit dem Planetenradkäfig 12 gekoppelt wird, so dass das Planetengetriebe 3 in einem Blockzyklus betrieben wird und nur noch das Verhältnis der Stirnradzahnkränze und des Planetenradkäfigs und des Abtriebszahnrads das Übersetzungsverhältnis bestimmen.In 4C is after twisting the adjusting ring 24 the ball arrangement 38 on the two-sided effective ramps 30 shifted axially so that now on the brake pad 37 the brake disc 26 on the second pressure ring 23 with which the planetary gear cage 12 is mechanically connected, is pressed, and thus the ring gear 20 with the planetary gear cage 12 is coupled, so that the planetary gear 3 operated in a block cycle and only determine the ratio of the spur gears and the Planetenradkäfigs and the output gear ratio.

5 zeigt eine schematische Draufsicht auf den Verstellring 24 mit drei beidseitig axial wirkenden Rampen 30. Diese Rampen 30 sind in diesem Fall in drei Ringsegmente 31, 32 und 33 des Verstellrings 24 eingearbeitet und weisen jeweils eine Kugelanordnung auf, wie sie in den vorhergehenden 3 und 4 gezeigt wird. Der Verstellring 24 selbst weist in dieser Ausführungsform der Erfindung auf seinem äußeren Umfang ein äußeres Zahnkranzsegment 28 auf, das mit der oben erwähnten Schneckentriebspindel 29 kämmt, wobei die Schneckentriebspindel 29 von einem Stellmotor 35 angetrieben wird. 5 shows a schematic plan view of the adjusting ring 24 with three axially acting ramps on both sides 30 , These ramps 30 are in this case in three ring segments 31 . 32 and 33 the adjusting ring 24 incorporated and each have a ball assembly, as in the preceding 3 and 4 will be shown. The adjusting ring 24 itself has in this embodiment of the invention on its outer periphery an outer sprocket segment 28 on, with the above-mentioned worm drive spindle 29 meshes with the worm drive spindle 29 from a servomotor 35 is driven.

Um ein schnelles Abbremsen des Hohlrads bzw. ein schnelles Umschalten und Koppeln des Hohlrads mit dem Planetenradkäfig zu erreichen, kann anstelle der Schneckentriebspindel 29 mit elektrischem Stellmotor 35 auch eine gelenkig an dem Außenumfang des Verstellrings 24 gelenkig montiertes Schaltgestänge angeordnet sein, das von einem mehrstufigen Solenoid angetrieben wird.In order to achieve a rapid deceleration of the ring gear or a quick switching and coupling of the ring gear with the Planetenradkäfig, instead of the worm drive spindle 29 with electric servomotor 35 also a hinged to the outer circumference of the adjusting ring 24 articulated mounted shift linkage, which is driven by a multi-stage solenoid.

6 zeigt eine schematische, teilweise quer geschnittene Seitenansicht des Verstelirings 24 gemäß 5 entlang der Schnittlinie C-C mit einer Kugelanordnung 38 zum axialen Verschieben in den Pfeilrichtungen A'' und B''. Dabei rollt die Kugelanordnung 38, die von dem ersten mittleren Ringsegment gehalten wird, entlang der beidseitig wirkenden Rampe 30 in den hier mit gestrichelten Linien gezeigten Ringsegmenten 31 und 32. Wird beispielsweise die Schneckentriebspindel 29 des Aktuators 16 in Pfeilrichtung A gedreht, so rollt die Kugelanordnung 38 in Pfeilrichtung A', wodurch eine axiale Verschiebung in A'' erfolgt. Wird dagegen die Schneckentriebspindel 29 des Aktuators 16 in Pfeilrichtung B gedreht, so rollt die Kugelanordnung 38 in Pfeilrichtung B', wodurch ein axiales Verschieben des ersten Ringsegmentes in Pfeilrichtung B'' erfolgt. 6 shows a schematic, partially cross-sectional side view of the Verstelirings 24 according to 5 along the section line CC with a ball arrangement 38 for axial displacement in the directions of arrows A '' and B ''. The ball arrangement rolls 38 held by the first middle ring segment along the double-acting ramp 30 in the ring segments shown here with dashed lines 31 and 32 , For example, the worm drive spindle 29 of the actuator 16 rotated in the direction of arrow A, then rolls the ball assembly 38 in the direction of arrow A ', whereby an axial displacement in A''takes place. In contrast, the worm drive spindle 29 of the actuator 16 rotated in the direction of arrow B, then rolls the ball assembly 38 in the direction of arrow B ', whereby an axial displacement of the first ring segment in the direction of arrow B''takes place.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
MehrganggetriebeMulti-speed transmission
22
DrehmomentverzweigungssystemTorque split system
33
Planetengetriebeplanetary gear
44
Stirnradpaarungspur gear pairing
55
Kupplungsglockeclutch bell
66
Kupplungsvorrichtungcoupling device
77
Getriebeeingangtransmission input
88th
GetriebeantriebswelleTransmission input shaft
99
GetriebeabtriebswelleGearbox output shaft
1010
Getriebeausgangtransmission output
1111
Abtriebszahnradoutput gear
1212
Planetenradkäfigplanet cage
1313
Stirnradzahnkranz des PlanetenradkäfigsSpur gear of the planetary gear cage
1414
Stirnradzahnkranz des AbtriebszahnradsSpur gear of the output gear
1515
Brems- und KoppelvorrichtungBrake and coupling device
1616
Aktuator (mit Kugelrampenmechanismus)Actuator (with ball ramp mechanism)
1717
erste Schaltposition (Freilaufzustand des Planetengetriebes)first switching position (freewheeling state of the planetary gear)
1818
zweite Schaltposition (Hohlrad gebremst)second shift position (ring gear braked)
1919
dritte Schaltpositionthird shift position
2020
Hohlradring gear
2121
erstes mittleres Ringelementfirst middle ring element
2222
erster Druckringfirst pressure ring
2323
zweiter Druckringsecond pressure ring
2424
Verstellringadjusting
2525
Sonnenradsun
2626
Bremsscheibebrake disc
2727
Mitnehmerringdriver ring
28 28
äußeres Zahnkranzsegmentouter sprocket segment
2929
SchneckentriebspindelWorm drive spindle
3030
Ramperamp
3131
Ringsegmentring segment
3232
Ringsegmentring segment
3333
Ringsegmentring segment
3434
Außenzahnkranz des HohlradsOuter ring gear of the ring gear
3535
elektrischer Stellmotorelectric servomotor
3636
Bremsbelagbrake lining
3737
Bremsbelagbrake lining
3838
Kugelanordnungball arrangement
3939
Achsrohraxle tube
4040
Differenzialdifferential
4141
Nadellagerneedle roller bearings

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1625037 B1 [0002] EP 1625037 B1 [0002]

Claims (9)

Mehrganggetriebe mit Drehmomentverzweigungssystem (2) über ein Planetengetriebe (3), – wobei das Mehrganggetriebe (1) eine Stirnradpaarung (4) für jeden Gang, eine Kupplungsglocke (5) mit Kupplungsvorrichtung (6) zum Ankuppeln eines Getriebeeingangs (7) an eine Motorabtriebswelle, mindestens eine Getriebeantriebswelle (8) und eine Getriebeabtriebswelle (9) zur Aufnahme der Stirnradpaarungen (4) der Gänge, und einen Getriebeausgang (10) mit einem Abtriebszahnrad (11) auf der Getriebeabtriebswelle (9) aufweist, – wobei zwischen der Kupplungsglocke (5) und dem Getriebeeingang (7) das Planetengetriebe (3) angeordnet ist, dessen Planetenradkäfig (12) einen Stirnradzahnkranz (13) aufweist, der mit dem Stirnradzahnkranz (14) des Abtriebszahnrads kämmt, und wobei eine Brems- und Koppelvorrichtung (15) einen Aktuator (16) aufweist, der wahlweise in einer ersten Schaltposition (17) das Planetengetriebe (3) in einem Freilaufzustand hält, in einer zweiten Schaltposition (18) ein Hohlrad (20) des Planetengetriebes (3) unter Freigabe des Planetenradkäfigs (12) einbremst und in einer dritten Schaltposition (19) das Hohlrad (20) mit dem Planetenradkäfig (12) koppelt.Multi-speed transmission with torque split system ( 2 ) via a planetary gear ( 3 ), - the multi-speed transmission ( 1 ) a spur gear pairing ( 4 ) for each gear, a clutch bell ( 5 ) with coupling device ( 6 ) for coupling a transmission input ( 7 ) to an engine output shaft, at least one transmission input shaft ( 8th ) and a transmission output shaft ( 9 ) for receiving the spur gear pairs ( 4 ) of the gears, and a transmission output ( 10 ) with an output gear ( 11 ) on the transmission output shaft ( 9 ), wherein between the clutch bell ( 5 ) and the transmission input ( 7 ) the planetary gear ( 3 ) is arranged, the Planetenradkäfig ( 12 ) a spur gear ring ( 13 ) which is connected to the spur gear ( 14 ) of the driven gear meshes, and wherein a braking and coupling device ( 15 ) an actuator ( 16 ), which is optionally in a first switching position ( 17 ) the planetary gear ( 3 ) holds in a freewheeling state, in a second switching position ( 18 ) a ring gear ( 20 ) of the planetary gear ( 3 ) releasing the Planetenradkäfigs ( 12 ) and in a third switching position ( 19 ) the ring gear ( 20 ) with the Planetenradkäfig ( 12 ) couples. Mehrganggetriebe nach Anspruch 1, wobei ein Sonnenrad (25) des Planetengetriebes (3) mit der Motorabtriebswelle gekoppelt ist.Multi-speed transmission according to claim 1, wherein a sun gear ( 25 ) of the planetary gear ( 3 ) is coupled to the engine output shaft. Mehrganggetriebe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Brems- und Koppelvorrichtung (15) mehrere Ringelemente (21, 22, 23) aufweist, ein erstes mittleres Ringelement (21), das einen Verstellring (24) aufweist und eine zentrale Bremsscheibe (26) mit beidseitig angeordneten Bremsbelägen (36, 37) axial verschiebt, die mit dem Hohlrad (20) axial verschieblich in Eingriff bringbar ist, einen ersten Druckring (22), der starr an der Kupplungsglocke (5) fixiert ist, gegen den die Bremsscheibe (26) zum Abbremsen des Hohlrades (20) in der zweiten Schaltposition (18) durch das erste Ringelement (21) gepresst wird, einen zweiten Druckring (23), der gegenüber der Kupplungsglocke (5) drehbar gelagert ist und gegen den zum Koppeln des Hohlrades (20) mit dem Planetenradkäfig (12) die Bremsscheibe (26) durch das erste Ringelement (21) in die dritte Schaltposition (19) gepresst wird.Multi-speed transmission according to claim 1 or claim 2, wherein the brake and coupling device ( 15 ) a plurality of ring elements ( 21 . 22 . 23 ), a first middle ring element ( 21 ), which has an adjusting ring ( 24 ) and a central brake disc ( 26 ) with brake linings arranged on both sides ( 36 . 37 ) axially displaced with the ring gear ( 20 ) is axially displaceable engageable, a first pressure ring ( 22 ), which is rigidly attached to the clutch bell ( 5 ) is fixed, against which the brake disc ( 26 ) for braking the ring gear ( 20 ) in the second switching position ( 18 ) through the first ring element ( 21 ), a second pressure ring ( 23 ), which is opposite the clutch bell ( 5 ) is rotatably mounted and against the coupling of the ring gear ( 20 ) with the Planetenradkäfig ( 12 ) the brake disc ( 26 ) through the first ring element ( 21 ) in the third switching position ( 19 ) is pressed. Mehrganggetriebe nach Anspruch 1, wobei der Aktuator (16) unter Verdrehen des Verstellrings (24) das erste Ringelement (21) axial in die drei Schaltpositionen (17, 18, 19) verschiebt.Multi-speed transmission according to claim 1, wherein the actuator ( 16 ) while rotating the adjusting ring ( 24 ) the first ring element ( 21 ) axially in the three switching positions ( 17 . 18 . 19 ) shifts. Mehrganggetriebe nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei der Verstellring (24) sich in Ringsegmenten erstreckende, axial verschiebend wirkende, doppelseitig auf dem Stellring angeordnete Rampen (30) aufweist, die beim Verdrehen des Verstellrings (24) das erste Ringelement (21) axial verschieben.Multi-speed transmission according to claim 3 or claim 4, wherein the adjusting ring ( 24 ) extending in ring segments, axially displaceable acting, double-sided on the collar arranged ramps ( 30 ), which during the rotation of the adjusting ring ( 24 ) the first ring element ( 21 ) move axially. Mehrganggetriebe nach Anspruch 4, wobei der Verstellring (24) ein äußeres Zahnkranzsegment (28) aufweist, in das eine Schneckentriebspindel (29) eingreift, die von einem elektrischen Stellmotor (35) in die drei Schaltpositionen (17, 18, 19) verfahrbar ist.Multi-speed transmission according to claim 4, wherein the adjusting ring ( 24 ) an outer sprocket segment ( 28 ) into which a worm drive spindle ( 29 ) engaged by an electric servomotor ( 35 ) into the three switching positions ( 17 . 18 . 19 ) is movable. Mehrganggetriebe nach Anspruch 4, wobei in der ersten Schaltposition (17) des Planetengetriebes (3) das Mehrganggetriebe (1) entsprechend den Stirnradpaarungen (4) schaltbar ist.Multi-speed transmission according to claim 4, wherein in the first switching position ( 17 ) of the planetary gear ( 3 ) the multi-speed transmission ( 1 ) according to the spur gear pairs ( 4 ) is switchable. Mehrganggetriebe nach Anspruch 4, wobei in der zweiten Schaltposition (18) das Mehrganggetriebe (1) in dem Untersetzungsverhältnis zwischen Sonnerad (25) und Planetenradkäfig (12) bei fixiertem Hohlrad (20) betreibbar ist.Multi-speed transmission according to claim 4, wherein in the second switching position ( 18 ) the multi-speed transmission ( 1 ) in the reduction ratio between Sonnerad ( 25 ) and Planetenradkäfig ( 12 ) with fixed ring gear ( 20 ) is operable. Mehrganggetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der dritten Schaltposition (19) das Mehrganggetriebe (1) in dem Übersetzungsverhältnis zwischen dem Stirnradzahnkranz (13) des Planetenradkäfigs (12) und dem Stirnradzahnkranz (14) des Abtriebszahnrads (11) bei mitdrehendem Hohlrad (20) betreibbar ist.Multi-speed transmission according to one of the preceding claims, wherein in the third shift position ( 19 ) the multi-speed transmission ( 1 ) in the transmission ratio between the spur gear ring ( 13 ) of the planetary gear cage ( 12 ) and the spur gear ring ( 14 ) of the output gear ( 11 ) with rotating ring gear ( 20 ) is operable.
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