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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der
russischen Patentanmeldung Nr. 2010107475 , die am 1. März 2010 eingereicht wurde und deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit mit aufgenommen ist.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft ein Mehrgang-Planetengetriebe mit Planetenradsätzen und Gegenwellen und das Zahnräder aufweist, die fünf Zahnradebenen herstellen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Kraftfahrzeuge umfassen einen Antriebsstrang, der aus einer Maschine, einem Mehrganggetriebe und einem Differenzial- oder Achsantrieb besteht. Das Mehrganggetriebe erhöht den Gesamtbetriebsbereich des Fahrzeugs, indem es zulässt, dass die Maschine ihren Drehmomentbereich mehrmals durchlaufen kann. Die Anzahl von Vorwärtsgängen oder Vorwärtsdrehzahlverhältnissen, die in dem Getriebe verfügbar ist, bestimmt die Häufigkeit, mit der der Drehmomentbereich der Maschine wiederholt durchlaufen wird. Frühe Automatikgetriebe wiesen zwei Drehzahlbereiche auf. Dies begrenzte den gesamten Drehzahlbereich des Fahrzeugs stark und erforderte daher eine relativ große Maschine, die einen breiten Drehzahl- und Drehmomentbereich erzeugen konnte. Dies führte dazu, dass die Maschine während der Fahrt bei einem spezifischen Kraftstoffverbrauchspunkt arbeitete, der nicht der Punkt mit der höchsten Wirtschaftlichkeit war. Daher waren von Hand geschaltete Getriebe (Gegenwellengetriebe) am beliebtesten.
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Mit dem Aufkommen von Drei- und Viergang-Automatikgetrieben nahm die Beliebtheit des automatisch schaltenden (Planetenrad-)Getriebes bei den Autofahrern zu. Diese Getriebe verbesserten das Betriebsverhalten und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Fahrzeugs. Die erhöhte Anzahl von Gängen verringert die Stufengröße zwischen Übersetzungsverhältnissen und verbessert daher die Schaltqualität des Getriebes, indem es die Übersetzungsverhältniswechsel für den Bediener bei normaler Fahrzeugbeschleunigung im Wesentlichen nicht wahrnehmbar macht.
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Mehrganggetriebe mit mehr als vier Gängen bieten weitere Verbesserungen bei der Beschleunigung und Kraftstoffwirtschaftlichkeit gegenüber Drei- und Vierganggetrieben. Jedoch sind die typischerweise zunehmende Komplexität, Größe und Kosten derartiger Getriebe widerstreitende Faktoren, die deren Gebrauch in manchen Anwendungen verhindern können.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist ein Mehrganggetriebe vorgesehen, das mit bis zu dreizehn Vorwärtsgängen arbeiten kann und Planetenradsätze und eine Drehmomentübertragung über kämmende Zahnräder und Gegenwellen benutzt. Das Getriebe umfasst ein Eingangselement, ein Ausgangselement und ein feststehendes Element, wie etwa einen Getriebekasten. Das Getriebe umfasst ferner einen ersten zusammengesetzten Planetenradsatz und einen zweiten einfachen Planetenradsatz. Der erste zusammengesetzte Planetenradsatz umfasst einen ersten und zweiten Satz Planetenräder, die miteinander kämmen. Der erste zusammengesetzte Planetenradsatz weist ein erstes, ein zweites, ein drittes, ein viertes und ein fünftes Element auf. Der zweite einfache Planetenradsatz weist ein erstes, ein zweites und ein drittes Element auf. Bei dem Verweis auf die Elemente der Planetenradsätze auf diese Weise können die Elemente als ”erstes” bis ”viertes” oder ”erstes” bis ”fünftes” (z. B. von oben nach unten, von unten nach oben usw.) in beliebiger Reihenfolge gezählt sein. Die Elemente der Planetenradsätze sind Sonnenradelemente, Hohlradelemente und Trägerelemente. Das Eingangselement, das Ausgangselement und die Planetenradsätze sind koaxial miteinander angeordnet, um eine erste Drehachse zu definieren. Eine erste und eine zweite Gegenwelle sind koaxial miteinander angeordnet, um eine zweite Drehachse zu definieren. Ein erster Satz kämmender Zahnräder, die auch als Übertragungszahnräder bezeichnet werden, ist angeordnet, um Drehmoment von dem Eingangselement auf die erste Gegenwelle zu übertragen. Ein zweiter Satz kämmender Zahnräder, die auch als Übertragungszahnräder bezeichnet werden, ist angeordnet, um Drehmoment von der zweiten Gegenwelle auf den zweiten Planetenradsatz zu übertragen.
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Sieben Drehmomentübertragungsmechanismen sind jeweils selektiv einrückbar, um ein jeweiliges Element der Planetenradsätze oder eine jeweilige der Gegenwellen mit dem feststehenden Element oder zur gemeinsamen Rotation mit dem Eingangselement, mit einem anderen jeweiligen Element der Planetenradsätze oder mit einer anderen jeweiligen der Gegenwellen zu verbinden. So wie es hierin verwendet wird, bedeutet ”gemeinsame Rotation” eine Rotation mit der gleichen Drehzahl (d. h. keine Relativdrehung). Die sieben Drehmomentübertragungsmechanismen sind drei Kupplungen vom feststehenden Typ (d. h. Bremsen) und vier Kupplungen vom rotierenden Typ und sind in unterschiedlichen Kombinationen einrückbar, um bis zu dreizehn Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement herzustellen. Alternativ kann das Getriebe mit weniger als dreizehn Vorwärtsgängen und bevorzugt mit zumindest zehn Vorwärtsgängen betrieben werden. Schaltungen zwischen zumindest einigen der Vorwärtsgänge sind Schaltungen mit einem einzigen Übergang. So wie es hierin verwendet wird, ist ”Übersetzungsverhältnis” das Verhältnis von dem Drehmoment des Ausgangselements zu dem Drehmoment des Eingangselements, während ”Drehzahlverhältnis” das Verhältnis von der Drehzahl des Eingangselement zu der Drehzahl des Ausgangselements ist. Unterschiedliche der Kupplungen können Reibkupplungen, Synchroneinrichtungen, Bandkupplungen, eine selektiv einrückbare Einwegkupplung, eine Klauenkupplung oder andere Kupplungstypen sein.
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Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung in Verbindung genommen mit den begleitenden Zeichnungen leicht deutlich werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Darstellung in Prinzipdiagrammform eines Antriebsstrangs mit einem Mehrgang-Planetengetriebe; und
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2 ist eine Wahrheitstabelle, die einige der Betriebseigenschaften des in 1 gezeigten Getriebes zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen auf gleiche Bauteile verweisen, zeigt 1 den Antriebsstrang 10 mit einer Maschine 12 (mit E beschriftet), einem Kombinations-Gegenwellen- und Planetengetriebe 14 und einem Achsantriebsmechanismus 16 (mit FD beschriftet). Die Maschine 12 kann mit verschiedenen Arten von Kraftstoff beaufschlagt werden, um den Wirkungsgrad und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit einer besonderen Anwendung zu verbessern. Derartige Kraftstoffe können zum Beispiel Benzin, Diesel, ein Ethanol, Dimethylether usw. umfassen. Das Getriebe 14 umfasst ein Eingangselement 17, das ständig mit einem Ausgangselement der Maschine 12, wie etwa einer Kurbelwelle, optional durch einen Drehmomentwandler verbunden ist. Das Getriebe 14 umfasst ferner eine Planetenradanordnung 18 und ein Ausgangselement 19, das mit dem Achsantriebsmechanismus 16 verbunden ist, um Vortriebsleistung an Fahrzeugräder zu liefern.
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Die Planetenradanordnung 18 umfasst einen ersten zusammengesetzten Planetenradsatz 20 und einen zweiten einfachen Planetenradsatz 30. Der zusammengesetzte Planetenradsatz 20 umfasst zwei Sonnenradelemente 22, 23, zwei Hohlradelemente 24, 25 und ein Trägerelement 26, das einen ersten Satz Planetenräder 27 und einen zweiten Satz Planetenräder 28, der mit dem erste Satz Planetenräder 27 kämmt, drehbar lagert. Die Planetenräder 27 kämmen mit Sonnenradelement 22 und Hohlradelement 24. Die Planetenräder 28 kämmen mit Sonnenradelement 23 und Hohlradelement 25. Das Hohlradelement 24 wird als ein erstes Element des ersten zusammengesetzten Planetenradsatzes 20 bezeichnet. Das Hohlradelement 25 wird als das zweite Element des ersten zusammengesetzten Planetenradsatzes 20 bezeichnet. Das Sonnenradelement 23 wird als das dritte Element des ersten zusammengesetzten Planetenradsatzes 20 bezeichnet. Das Sonnenradelement 22 wird als das vierte Element des zusammengesetzten Planetenradsatzes 20 bezeichnet. Das Trägerelement 26 wird als das fünfte Element des Planetenradsatzes 20 bezeichnet.
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Der einfache Planetenradsatz 30 umfasst ein Sonnenradelement 32, ein Hohlradelement 34 und ein Trägerelement 36, das einen Satz Planetenräder 37 drehbar lagert. Die Planetenräder 37 kämmen mit Sonnenradelement 32 und mit dem Hohlradelement 34. Das Sonnenradelement 32 wird als ein erstes Element des zusammengesetzten Planetenradsatzes 30 bezeichnet. Das Hohlradelement 34 wird als ein zweites Element des zusammengesetzten Planetenradsatzes 30 bezeichnet. Das Trägerelement 36 wird als das dritte Element des zusammengesetzten Planetenradsatzes 30 bezeichnet.
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Das Getriebe 14 umfasst mehrere Wellen, die angeordnet sind, um zwei unterschiedliche Drehachsen A und B zu definieren. Eine Zwischenwelle 50 ist zur Rotation mit dem Hohlradelement 24 verbunden. Eine Zwischenwelle 52 ist zur Rotation mit dem Hohlradelement 25 verbunden und ist eine Hohlwelle, die konzentrisch mit der Zwischenwelle 50 ist. Ein Verbindungselement 70 verbindet das Trägerelement 26 ständig zur Rotation mit dem Sonnenradelement 32. Das Verbindungselement 70 ist eine andere Zwischenwelle, die koaxial mit den Zwischenwellen 50 und 52 und mit Eingangselement 17 und Ausgangselement 19 ist. Die Wellen 50, 52, das Verbindungselement 70, das Eingangselement 17 und das Ausgangselement 19 sowie die Planetenradsätze 20 und 30 definieren eine erste Drehachse A und sind um diese drehbar. Eine erste Gegenwelle 54 und eine zweite Gegenwelle 56 sind koaxial zueinander angeordnet, um eine zweite Drehachse B zu definieren, die von der ersten Drehachse A beabstandet ist und parallel zu dieser liegt.
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Ein erster Satz kämmender Zahnräder 60, 62 und 64 überträgt Drehmoment von dem Eingangselement 17 auf die Gegenwelle 54. Zahnrad 60 ist zur Rotation mit Eingangselement 17 verbunden und kämmt mit Zahnrad 62. Zahnrad 62 kämmt mit Zahnrad 64, das zur Rotation mit Gegenwelle 54 verbunden ist. Das Eingangselement 17, Zahnrad 62, Gegenwellen 54 und 56, Verbindungselement 70 und Ausgangselement 19 sind zur Rotation durch festgelegte Lager 80 abgestützt.
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Ein zweiter Satz kämmender Zahnräder 66, 68 überträgt Drehmoment von Gegenwelle 56 auf Hohlradelement 34. Zahnrad 68 ist zur Rotation mit Gegenwelle 56 verbunden. Zahnrad 66 ist zur Rotation mit Hohlradelement 34 verbunden und ist koaxial um Verbindungselement 70. Die Zahnräder der Planetenradsätze 20, 30 und des ersten und zweiten Satzes kämmender Zahnräder 60, 62, 64 bzw. 66, 68 stellen fünf Ebenen unterschiedlicher kämmender Zahnräder her, die hierin als Zahnradebenen bezeichnet sind. Der erste Satz kämmender Zahnräder 60, 62, 64 kämmt in Zahnradebene P1. Das Hohlradelement 24, Planetenräder 27 und Sonnenradelement 22 kämmen in Zahnradebene P2. Das Hohlradelement 25, Planetenräder 28 und Sonnenradelement 23 kämmen in Zahnradebene P3. Der zweite Satz kämmender Zahnräder 66, 68 kämmt in Zahnradebene P4. Das Hohlradelement 34, Planetenräder 37 und Sonnenradelement 32 kämmen in Zahnradebene P5. Die Zahnradebenen P1–P5 erstrecken sich senkrecht zu dem Zeichnungsblatt in 1.
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Das Getriebe 14 umfasst ferner sieben Drehmomentübertragungsmechanismen: einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus C1, einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus C2, einen dritten Drehmomentübertragungsmechanismus C3, einen vierten Drehmomentübertragungsmechanismus C4, einen fünften Drehmomentübertragungsmechanismus C5, einen sechsten Drehmomentübertragungsmechanismus C6 und einen siebten Drehmomentübertragungsmechanismus C7. Die Drehmomentübertragungsmechanismen C1, C2, C5 und C7 sind Kupplungen vom rotierenden Typ. Die Drehmomentübertragungsmechanismen C3, C4 und C6 sind Kupplungen vom feststehenden Typ, die auch als Bremsen bezeichnet werden.
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Wie es aus 1 ersichtlich ist, ist das Ausgangselement 19 ständig zur gemeinsamen Rotation mit Trägerelement 36 verbunden. Trägerelement 26 ist ständig zur gemeinsamen Rotation mit Sonnenradelement 32 über Verbindungselement 70 verbunden.
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Der erste Drehmomentübertragungsmechanismus C1, der auch als Kupplung C1 bezeichnet wird, ist eine Kupplung vom rotierenden Typ, die selektiv einrückbar ist, um das Eingangselement 17 zur gemeinsamen Rotation mit dem Hohlradelement 24 über Zwischenwelle 50 zu verbinden. Der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus C2, der auch als Kupplung C2 bezeichnet wird, ist eine Kupplung vom rotierenden Typ, die selektiv einrückbar ist, um das Eingangselement 17 zur gemeinsamen Rotation mit dem Hohlradelement 25 über Zwischenwelle 52 zu verbinden. Der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus C3, der auch als Bremse C3 bezeichnet wird, ist eine Kupplung vom feststehenden Typ, die selektiv einrückbar ist, um das Sonnenradelement 23 an dem feststehenden Element 40 festzulegen. Der vierte Drehmomentübertragungsmechanismus C4, der auch als Bremse C4 bezeichnet wird, ist eine Kupplung vom feststehenden Typ, die selektiv einrückbar ist, um das Sonnenradelement 22 an dem feststehenden Element 40 festzulegen. Der fünfte Drehmomentübertragungsmechanismus C5, der auch als Kupplung C5 bezeichnet wird, ist eine Kupplung vom rotierenden Typ, die selektiv einrückbar ist, um das Trägerelement 26 zur gemeinsamen Rotation mit dem Hohlradelement 34 über das Verbindungselement 70 zu verbinden. Der sechste Drehmomentübertragungsmechanismus C6, der auch als Bremse C6 bezeichnet wird, ist eine Kupplung vorn feststehenden Typ, die selektiv einrückbar ist, um die Gegenwelle 56 an dem feststehenden Element 40 festzulegen. Der siebte Drehmomentübertragungsmechanismus C7, der auch als Kupplung C7 bezeichnet wird, ist selektiv einrückbar, um die Gegenwelle 54 zur gemeinsamen Rotation mit der Gegenwelle 56 zu verbinden. Die Stellung der Kupplung C7 zwischen den koaxialen Gegenwellen 52 und 54 erlaubt die Verwendung einer Klauenkupplung für die Kupplung C7. Alternativ könnte eine Scheibenkupplung verwendet werden. In anderen Ausführungsformen können die Drehmomentübertragungsmechanismen noch andere Typen von Kupplungen sein.
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Wie es in der Wahrheitstabelle von 2 gezeigt ist, sind die Drehmomentübertragungsmechanismen C1, C2, C3, C4, C5, C6 und C7 selektiv in Dreierkombinationen einrückbar, um dreizehn Vorwärtsgänge bzw. Vorwärtsdrehzahlverhältnisse und einen Rückwärtsgang (als Gangzustände aufgelistet) vorzusehen. Numerische Übersetzungsverhältnisse, die den Drehzahlverhältnissen bzw. Gängen entsprechen, sind in 2 aufgelistet. Das Übersetzungsverhältnis ist das Verhältnis von dem Drehmoment des Ausgangselements 19 zu dem Drehmoment des Eingangselements 17.
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Die numerischen Übersetzungsverhältnisse, die in 2 aufgeführt sind, resultieren aus den Zähnezahlen, die die folgenden Übersetzungsverhältnisse für den ersten zusammengesetzten Planetenradsatz 20 herstellen: das Übersetzungsverhältnis von dem Hohlradelement 24 zu dem Sonnenradelement 22 beträgt –2,0, wobei angenommen wird, dass das Trägerelement 26 angehalten ist (nur zu Berechnungszwecken); das Übersetzungsverhältnis von dem Hohlradelement 25 zu dem Sonnenradelement 23 beträgt –4,5, wobei angenommen wird, dass das Trägerelement 26 angehalten ist (nur zu Berechnungszwecken). Die Zähnezahlen für den zweiten Planetenradsatz 30 sind derart gewählt, dass das Übersetzungsverhältnis von dem Hohlradelement 34 zu dem Sonnenradelement 32 –2,5 beträgt, wobei angenommen wird, dass das Trägerelement 36 angehalten ist (nur zu Berechnungszwecken).
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Mit den oben aufgelisteten Zähnezahlen gibt es zehn Drehzahlverhältnisse ins Langsame (1. bis 10.), einen direkten Antrieb (11.) und zwei Overdrive Drehzahlverhältnisse (12. und 13.), die zu den in 2 aufgelisteten Verhältnisstufen führen. Wie es aus 2 ersichtlich ist, sind die Übersetzungsverhältnisstufen in den Vorwärtsgängen relativ gleichmäßig, was zu einem glatten Schaltgefühl und einer erhöhten Kraftstoffwirtschaftlichkeit führt, da die Maschine 12 in jedem Gang nur über einen engen Drehzahlbereich arbeiten muss.
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Andere Zahnradzähnezahlen und entsprechende Übersetzungsverhältnisse können gewählt werden, um Drehzahlverhältnisse und Übersetzungsverhältnisstufen zu bewerkstelligen, die für die besondere Getriebeanwendung vorteilhaft sind. Ein Fachmann der Getriebekonstruktion würde verstehen, wie die erwünschten Zähnezahlen zu wählen wären.
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Um den Rückwärtsgang herzustellen, werden Kupplung C7 und Bremsen C3 und C4 eingerückt. Weil Kupplung C7 eingerückt ist, wird Drehmoment von dem Eingangselement 17 durch den Satz kämmender Zahnräder 60, 62, 64 zu Gegenwellen 54 und 56 transportiert. Weil Bremsen C3 und C4 eingerückt sind, rotiert keines der Elemente des Planetenradsatzes 20, so rotieren Trägerelement 36, Verbindungselement 70 und Sonnenradelement 32 nicht. Somit wird Drehmoment von Gegenwelle 56 durch den Satz kämmender Zahnräder 68, 66, durch Planetenradsatz 30 zu Ausgangselement 19 geliefert. Das Ausgangselement 19 rotiert in einer entgegengesetzten Richtung bezüglich des Eingangselements 17.
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Um den ersten Gang herzustellen, werden Kupplungen C1, C2 und C7 eingerückt. Drehmoment wird von dem Eingangselement 17 zu beiden Hohlradelementen 24 und 25 zu Trägerelement 26 transportiert. Weil beide Hohlradelemente 24 und 25 mit der gleichen Drehzahl rotieren, ist Planetenradsatz 20 inaktiv. Dementsprechend rotieren Trägerelement 26 und Sonnenradelement 32 mit der Drehzahl des Eingangselements 17. Drehmoment wird auch durch den Satz kämmender Zahnräder 60, 62, 64, Gegenwellen 54 und 56 und den Satz kämmender Zahnräder 66, 68 zu Hohlradelement 34 transportiert. Drehmoment an Sonnenradelement 32 und Hohlradelement 34 wird durch Planetenradsatz 30 zu Ausgangselement 19 kombiniert. Effektiv wird die Drehzahl des Hohlradelements 34 von der Drehzahl des Sonnenradelements 32 durch den Planetenradsatz 30 subtrahiert. Eingangselement 17 und Ausgangselement 19 rotieren wie in allen Vorwärtsgängen in der gleichen Richtung.
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Ein alternativer erster Vorwärtsgang, oder ein zusätzlicher Gang, könnten erreicht werden, indem Kupplungen C2 und C7 und Bremse, C3 eingerückt werden. Drehmoment würde von dem Eingangselement 17 durch Hohlradelement 25 zu Trägerelement 26 und zu Sonnenradelement 32 transportiert werden. Drehmoment wurde auch durch den Satz kämmender Zahnräder 60, 62, 64, Gegenwellen 54 und 56 und den Satz kämmender Zahnräder 66, 68 zu Hohlradelement 34 transportiert werden. Drehmoment an Sonnenradelement 32 und Hohlradelement 34 würde durch Planetenradsatz 30 zu Ausgangselement 19 kombiniert werden. Effektiv wird die Drehzahl des Hohlradelements 34 von der Drehzahl des Sonnenradelements 32 durch den Planetenradsatz 30 subtrahiert. Der alternative erste Vorwärtsgang würde ein Drehzahlverhältnis von 23,40 mit den oben besprochenen Zahnradzähnezahlen liefern.
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In dem zweiten Vorwärtsgang sind Kupplung C1 und Bremsen C4 und C6 eingerückt. Drehmoment wird von dem Eingangselement 17 durch Hohlradelement 24 zu Trägerelement 26 und zu Sonnenradelement 32 durch Planetenradsatz 30 zu Ausgangselement 19 transportiert. Weil Bremse C6 eingerückt ist, wird Hohlradelement 34 feststehend gehalten. Das Schalten von dem ersten Vorwärtsgang in den zweiten Vorwärtsgang ist ein Schalten mit einem doppelten Übergang, indem zwei der drei Drehmomentübertragungsmechanismen, die in dem zweiten Vorwärtsgang eingerückt sind, andere sind als jene, die in dem ersten Vorwärtsgang eingerückt sind.
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In einem dritten Vorwärtsgang sind Kupplungen C1 und C7 und Bremse C3 eingerückt. Drehmoment wird von dem Eingangselement 17 durch Hohlradelement 24 zu Trägerelement 26 und zu Sonnenradelement 32 transportiert. Drehmoment wird auch durch den Satz kämmender Zahnräder 60, 62, 64, Gegenwellen 54 und 56 und den Satz kämmender Zahnräder 66, 68 zu Hohlradelement 34 transportiert. Drehmoment an Sonnenradelement 32 und Hohlradelement 34 wird durch Planetenradsatz 30 zu Ausgangselement 19 kombiniert. Effektiv wird die Drehzahl des Hohlradelements 34 von der Drehzahl des Sonnenradelements 32 durch den Planetenradsatz 30 subtrahiert. Das Schalten von dem zweiten Vorwärtsgang in den dritten Vorwärtsgang ist ein Schalten mit einem doppelten Übergang.
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In einem vierten Vorwärtsgang sind Kupplung C2 und Bremsen C3 und C6 eingerückt. Drehmoment wird von dem Eingangselement 17 durch Hohlradelement 25 zu Trägerelement 26, zu Sonnenradelement 32 transportiert. Weil Bremse C6 eingerückt ist, wird Hohlradelement 34 feststehend gehalten. Drehmoment an Sonnenradelement 32 fließt durch Planetenradsatz 30 zu Trägerelement 36 und Ausgangselement 19. Das Schalten von dem dritten Vorwärtsgang in den vierten Vorwärtsgang ist ein Schalten mit einem doppelten Übergang.
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In einem fünften Vorwärtsgang sind Kupplungen C1 und C2 und Bremse C6 eingerückt. Weil beide Hohlradelemente 24 und 25 mit der gleichen Drehzahl rotieren, ist Planetenradsatz 20 inaktiv. Dementsprechend rotieren Trägerelement 26 und Sonnenradelement 32 mit der Drehzahl des Eingangselements 17. Weil das Hohlradelement 34 durch Einrückung von Bremse C6 feststehend gehalten ist, fließt Drehmoment an Sonnenradelement 32 durch Planetenradsatz 30 zu Trägerelement 36 und Ausgangselement 19. Das Schalten von dem vierten Vorwärtsgang in den fünften Vorwärtsgang ist ein Schalten mit einem einzigen Übergang.
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In einem sechsten Vorwärtsgang sind Kupplungen C2 und C7 und Bremse C4 eingerückt. Drehmoment wird von dem Eingangselement 17 durch Hohlradelement 25 zu Trägerelement 26 und zu Sonnenradelement 32 transportiert. Drehmoment wird auch durch den Satz kämmender Zahnräder 60, 62, 64, Gegenwellen 54 und 56 und den Satz kämmender Zahnräder 66, 68 zu Hohlradelement 34 transportiert. Drehmoment an Sonnenradelement 32 und Hohlradelement 34 wird durch Planetenradsatz 30 zu Ausgangselement 19 kombiniert. Effektiv wird die Drehzahl des Hohlradelements 34 von der Drehzahl des Sonnenradelements 32 durch den Planetenradsatz 30 subtrahiert. Das Schalten von dem fünften Vorwärtsgang in den sechsten Vorwärtsgang ist ein Schalten mit einem doppelten Übergang.
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In einem siebten Vorwärtsgang sind Kupplung C1 und Bremsen C3 und C6. eingerückt. Drehmoment wird von dem Eingangselement 17 zu dem Hohlradelement 24 durch den ersten zusammengesetzten Planetenradsatz 20, zu dem Trägerelement 36 durch Planetenradsatz 30 zu Ausgangselement 19 transportiert, wobei Hohlradelement 34 durch Einrückung von Bremse C6 feststehend gehalten wird. Das Schalten von dem sechsten Vorwärtsgang in den siebten Vorwärtsgang ist ein Schalten mit einem dreifachen Übergang.
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In einem achten Vorwärtsgang sind Kupplung C2 und Bremsen C4 und C6 eingerückt. Drehmoment wird von dem Eingangselement 17 durch Hohlradelement 25 zu Trägerelement 26, und zu Sonnenradelement 32 durch Planetenradsatz 30 zu Ausgangselement 19 transportiert, wobei Hohlradelement 34 durch Einrückung von Bremse C6 feststehend gehalten wird. Das Schalten von dem siebten Vorwärtsgang in den achten Vorwärtsgang ist ein Schalten mit einem doppelten Übergang.
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In einem neunten Vorwärtsgang sind Bremse C4 und Kupplungen C1 und C5 eingerückt. Drehmoment wird von dem Eingangselement 17 durch Hohlradelement 25 zu Trägerelement 26, und zu Sonnenradelement 32 sowie Hohlradelement 34, durch Planetenradsatz 30 zu Ausgangselement 19 transportiert. Weil das Hohlradelement 34 mit der gleichen Drehzahl wie das Sonnenradelement 32 rotiert, wenn Kupplung C5 eingerückt ist, ist der Planetenradsatz 30 inaktiv. Das Schalten von dem achten Vorwärtsgang in den neunten Vorwärtsgang ist ein Schalten mit einem doppelten Übergang.
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In einem zehnten Vorwärtsgang sind Bremse C3 und Kupplungen C2 und C5 eingerückt. Drehmoment wird von dem Eingangselement 17, durch Hohlradelement 25 zu Trägerelement 26, und zu Sonnenradelement 32 sowie Hohlradelement 34 durch Planetenradsatz 30 zu Ausgangselement 19 transportiert. Weil das Hohlradelement 34 mit der gleichen Drehzahl wie das Sonnenradelement 32 rotiert, wenn Kupplung C5 eingerückt ist, ist der Planetenradsatz 30 inaktiv. Das Schalten von dem neunten Vorwärtsgang in den zehnten Vorwärtsgang ist ein Schalten mit einem doppelten Übergang.
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In einem elften Vorwärtsgang sind Kupplungen C1, C2 und C5 eingerückt. Drehmoment wird von dem Eingangselement 17 zu beiden Hohlradelementen 24 und 25 zu Trägerelement 26 transportiert. Weil beide Hohlradelemente 24 und 25 mit der gleichen Drehzahl rotieren, ist Planetenradsatz 20 inaktiv. Dementsprechend rotieren Trägerelement 26 und Sonnenradelement 32 mit der Drehzahl des Eingangselements 17. Weil das Hohlradelement 34 mit der gleichen Drehzahl wie das Sonnenradelement 32 rotiert, wenn Kupplung C5 eingerückt ist, ist der Planetenradsatz 30 inaktiv. Dementsprechend ist die Drehzahl des Ausgangselements 19 gleich der Drehzahl des Eingangselements 17, und es wird ein Direktantriebs-Drehzahlverhältnis erzielt. Das Schalten von dem zehnten Vorwärtsgang in den elften Vorwärtsgang ist ein Schalten mit einem einzigen Übergang.
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In einem zwölften Vorwärtsgang sind Kupplungen C1, C5 und Bremse C3 eingerückt. Drehmoment wird von dem Eingangselement 17 zu Hohlradelement 24 zu Trägerelement 26 und Sonnenradelement 32 transportiert. Weil das Hohlradelement 34 mit der gleichen Drehzahl wie das Sonnenradelement 32 rotiert, wenn Kupplung C5 eingerückt ist, ist der Planetenradsatz 30 inaktiv. Drehmoment an Sonnenradelement 32 und Hohlradelement 34 wird an Ausgangselement 19 geliefert, das mit der gleichen Drehzahl wie das Trägerelement 26 rotiert. Das Schalten von dem elften Vorwärtsgang in den zwölften Vorwärtsgang ist ein Schalten mit einem einzigen Übergang.
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In einem dreizehnten Vorwärtsgang sind Kupplungen C2, C5 und Bremse C4 eingerückt. Drehmoment wird von dem Eingangselement 17 durch Hohlradelement 25 zu Trägerelement 26, und zu Sonnenradelement 32 sowie Hohlradelement 34, durch Planetenradsatz 30 zu Ausgangselement 19 transportiert. Weil das Hohlradelement 34 mit der gleichen Drehzahl wie das Sonnenradelement 32 rotiert, wenn Kupplung C5 eingerückt ist, ist der Planetenradsatz 30 inaktiv. Das Schalten von dem zwölften Vorwärtsgang in den dreizehnten Vorwärtsgang ist ein Schalten mit einem doppelten Übergang.
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Wie es in der obigen Diskussion der verschiedenen Gänge bzw. Drehzahlverhältnisse ausgeführt wurde, ist jedes Mal dann, wenn die Bremse C6 eingerückt ist (d. h. in dem zweiten, vierten, fünften, siebten und achten Gang), der Drehmomentfluss gemäß einem ersten Modus durch den Planetenradsatz 20 sowie den Planetenradsatz 30, wobei beide Zahnradsätze aktiv sind (d. h. das Verhältnis von dem Drehmoment an dem Ausgangselement 19 zu dem des Eingangselements 17 beeinflussen). Jedes Mal dann, wenn die Kupplung C5 eingerückt ist (d. h. in dem neunten, zehnten, elften und dreizehnten Gang), rotiert der Planetenradsatz 30 als eine Einheit (d. h. das Hohlradelement 34, Sonnenradelement 32 und Trägerelement 36 rotieren alle mit der gleichen Drehzahl), so dass nur der Planetenradsatz 20 bei der Beeinflussung des Verhältnisses von dem Drehmoment des Ausgangselements 19 zu dem des Eingangselements 17 aktiv ist. Jedes Mal dann, wenn die Kupplung C7 eingerückt ist, um einen Vorwärtsgang herzustellen (d. h. in dem ersten, zweiten und sechsten Gang), wird Drehmoment an dem Hohlradelement 34, das durch die Gegenwellen 54, 56 geliefert wird, von Drehmoment subtrahiert, das durch den ersten Planetenradsatz 20 an das Sonnenradelement 32 geliefert wird.
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Obwohl dreizehn Vorwärtsgänge verfügbar sind, kann das Getriebe 14 gesteuert werden, um mit nur einigen der verfügbaren Vorwärtsgängen zu arbeiten. Zum Beispiel kann das Getriebe 14 ausgestaltet sein, um als Sechsganggetriebe, Siebenganggetriebe, Achtganggetriebe, Neunganggetriebe, Zehnganggetriebe, Elfganggetriebe oder Zwölfganggetriebe, zu arbeiten. Das Getriebe 14 könnte auch mit weniger als sechs Vorwärtsgängen betrieben werden.
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In einer Art und Weise des Betreibens des Getriebes 14 als Sechsganggetriebe kann ein Algorithmus, der in einem Controller gespeichert ist, der Ventile steuert, um eine Hydraulikfluidströmung zu Drehmomentübertragungsmechanismen zu steuern, nur den Rückwärtsgang und den zweiten, fünften, achten, zehnten, elften und zwölften Vorwärtsgang herstellen, die oben als erster, zweiter, dritter, vierter, fünfter und sechster Vorwärtsgang beschrieben wurden. In einem solchen Sechsganggetriebe gäbe es nur eine Schaltung mit einem doppelten Übergang zwischen dem dritten und vierten Vorwärtsgang (d. h. von dem achten in den zehnten Vorwärtsgang von 2).
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Um das Getriebe 14 als Siebenganggetriebe zu betreiben, könnten der vierte, zweite, fünfte, achte, neunte, zehnte, elfte und zwölfte Vorwärtsgang von 2 benutzt werden. Das Siebenganggetriebe würde zwei Schaltungen mit einem doppelten Übergang (von dem achten in den zehnten Vorwärtsgang von 2, und von dem zwölften in den dreizehnten Vorwärtsgang von 2, die von dem dritten in den vierten und von dem sechsten in den siebten Vorwärtsgang des Siebenganggetriebes wären) aufweisen.
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Um das Getriebe 14 als Achtganggetriebe zu betreiben, könnten die sieben Vorwärtsgänge, die für das Siebenganggetriebe beschrieben wurden, sowie der neunte Vorwärtsgang von 2 benutzt werden. Das Achtganggetriebe würde drei Schaltungen mit einem doppelten Übergang (von dem achten in den neunten Vorwärtsgang von 2, von dem neunten in den zehnten Vorwärtsgang von 2 und von dem zwölften in den dreizehnten Vorwärtsgang von 2, die von dem dritten in den vierten, von dem vierten in den fünften und von dem siebten in den achten Vorwärtsgang des Achtganggetriebes wären) aufweisen.
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Um das Getriebe 14 als Neunganggetriebe zu betreiben, würden alle Vorwärtsgänge, die für das Achtganggetriebe beschrieben wurden, sowie der sechste Vorwärtsgang von 2 benutzt werden. Das Neunganggetriebe würde vier Schaltungen mit einem doppelten Übergang (von dem fünften in den sechsten, von dem achten in den neunten und von dem neunten in den zehnten, und von dem zwölften in den dreizehnten Vorwärtsgang von 2, die von dem zweiten in den dritten, von dem vierten in den fünften, von dem fünften in den sechsten und von dem achten in den neunten Vorwärtsgang des Neunganggetriebes wären) aufweisen.
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Um das Getriebe als Zehnganggetriebe zu betreiben, würden alle der oben für das Neunganggetriebe beschriebenen Vorwärtsgänge sowie der vierte Vorwärtsgang von 2 benutzt werden. Das Zehnganggetriebe würde fünf Schaltungen mit einem doppelten Übergang (von dem zweiten in den vierten, von dem fünften in den sechsten, von dem achten in den neunten und von dem neunten in den zehnten, und von dem zwölften in den dreizehnten Vorwärtsgang von 2, die von dem ersten in den zweiten, von dem dritten in den vierten, von dem fünften in den sechsten, von dem sechsten in den siebten und von dem neunten in den zehnten Vorwärtsgang des Zehnganggetriebes wären) aufweisen.
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Um das Getriebe als Elf- oder Zwölfganggetriebe zu betreiben, würden unterschiedliche Kombinationen der dreizehn Vorwärtsgänge von 2 gewählt werden, um die gewünschte Zahl von Gängen zur Verfügung zu stellen. Zum Beispiel würde irgendeiner von dem ersten, dem dritten und dem siebten Vorwärtsgang von 2 den oben für das Zehnganggetriebe beschriebenen zehn Vorwärtsgängen hinzugefügt werden, um als Elfganggetriebe zu arbeiten, und irgendwelche zwei von dieser Gängen würden hinzugefügt werden, um als Zwölfganggetriebe zu arbeiten. Die Vorwärtsgänge würden so gewählt werden, dass die Zahl von Schaltungen mit einem doppelten und dreifachen Übergang minimiert wäre, während erwünschte Verhältnisstufen aufrechterhalten werden würden.
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Es wird aus 1 deutlich, dass Kupplungen C1 und C2 axial benachbart zueinander gelegen sind, wobei keine weiteren Kupplungen oder Bremsen und keine Elemente der Planetenradsätze 20, 30 zwischen den Kupplungen C1 und C2 liegen. Das Anordnen der Kupplungen C1 und C2 benachbart zueinander auf diese Weise ermöglicht es, dass eine Hydraulikfluidströmung zu den Kupplungen C1 und C2 durch die gewöhnlichsten Zufuhrkanäle erfolgen kann. Eine Vereinfachung der hydraulischen Zufuhrkanäle und das Verringern der Gesamtlänge der Zufuhrkanäle vereinfacht die Produktion des Getriebes 14 und kann eine kleinere Pumpe für das hydraulische System ermöglichen.
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Der Antriebsstrang 10 kann sich Bauteile mit einem Hybridfahrzeug teilen, und eine derartige Kombination kann in einem ”Ladungsentleerungsmodus” betreibbar sein. Zu Zwecken der vorliegenden Erfindung ist ein ”Ladungsentleerungsmodus” ein Modus, bei dem das Fahrzeug vorwiegend durch einen Elektromotor/Generator mit Leistung beaufschlagt wird, so dass eine Batterie entleert oder nahezu entleert ist, wenn das Fahrzeug sein Ziel erreicht. Mit anderen Worten wird die Maschine 12 während des Ladungsentleerungsmodus nur bis zu dem Ausmaß betrieben, das notwendig ist, um sicherzustellen, dass die Batterie nicht vor Erreichen des Ziels entleert ist. Ein herkömmliches Hybridfahrzeug arbeitet in einem ”Ladungshaltemodus”, bei dem, wenn das Batterieladeniveau unter ein vorbestimmtes Niveau (z. B. 25%) abfällt, die Maschine automatisch laufen gelassen wird, um die Batterie wieder aufzuladen. Indem das Hybridfahrzeug in einem Ladungsentleerungsmodus betrieben wird, kann es daher etwas oder den gesamten Kraftstoff einsparen, der ansonsten verbraucht werden würde, um in einem herkömmlichen Hybridfahrzeug das Batterieladeniveau von 25% aufrechtzuerhalten. Es ist festzustellen, dass ein Hybridfahrzeug-Antriebsstrang bevorzugt nur dann in dem Ladungsentleerungsmodus betrieben wird, wenn die Batterie nach Erreichen des Ziels wieder aufgeladen werden kann, indem sie in eine Energiequelle eingesteckt wird.
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Obgleich die besten Ausführungsarten der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, werden Fachleute auf dem Gebiet, das, diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur praktischen Ausführung der Erfindung innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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