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GEBIET
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Die Erfindung betrifft allgemein ein Mehrganggetriebe, das mehrere Planetenradsätze und mehrere Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist, und genauer ein Getriebe, das neun oder mehr Gänge, vier Planetenradsätze und mehrere Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist.
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HINTERGRUND
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Die Aussagen in diesem Abschnitt bieten lediglich Hintergrundinformationen, die mit der vorliegenden Offenbarung in Beziehung stehen, und brauchen keinen Stand der Technik zu bilden.
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Ein typisches Mehrganggetriebe benutzt eine Kombination aus Reibkupplungen oder Bremsen, Planetenradanordnungen und festen Verbindungen, um mehrere Übersetzungsverhältnisse zu erreichen. Die Anzahl und physikalische Anordnung der Planetenradsätze im Allgemeinen werden durch den Bauraum, die Kosten und die gewünschten Drehzahlverhältnisse oder Gänge vorgeschrieben.
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Obgleich gegenwärtige Getriebe ihren vorgesehenen Zweck erfüllen, ist der Bedarf für neue und verbesserte Getriebekonfigurationen, die ein verbessertes Leistungsvermögen, insbesondere von den Standpunkten des Wirkungsgrades, des Ansprechvermögens und des ruhigen Betriebes aus, sowie einen verbesserten Bauraum, primär reduzierte Größe und reduziertes Gewicht, zeigen, im Wesentlichen konstant. Dementsprechend gibt es einen Bedarf für ein verbessertes, kastengünstiges und kompaktes Mehrganggetriebe.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es ist ein Getriebe vorgesehen, das ein Eingangselement, ein Ausgangselement, vier Planetenradsätze, mehrere Kopplungselemente und mehrere Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist. Jeder der Planetenradsätze umfasst ein erstes, zweites und drittes Element. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen sind zum Beispiel Kupplungen und Bremsen.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Getriebe vorgesehen, das ein Eingangselement, ein Ausgangselement und einen ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatz aufweist, die jeweils ein Sonnenrad, ein Trägerelement und ein Hohlrad aufweisen.
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In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Eingangselement ständig mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes und dem Trägerelement des vierten Planetenradsatzes verbunden.
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In einer nochmals anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Ausgangselement ständig mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes verbunden.
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Zusätzlich verbindet in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein erstes Verbindungselement das Trägerelement des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes.
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In einer nochmals anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbindet ein zweites Verbindungselement das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes und dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes.
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In einer nochmals anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbindet ein drittes Verbindungselement das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes ständig mit dem Trägerelement des vierten Planetenradsatzes.
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Ferner ist in einer abermals anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung selektiv einrückbar, um das Trägerelement des zweiten Planetenradsatzes mit dem Eingangselement, dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes und dem Trägerelement des vierten Planetenradsatzes zu verbinden.
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In einer abermals anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung selektiv einrückbar, um das Trägerelement des zweiten Planetenradsatzes mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes, dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes und dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes zu verbinden.
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In einer abermals anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung selektiv einrückbar, um das Hohlrad des vierten Planetenradsatzes mit dem Ausgangselement und dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes zu verbinden.
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In einer abermals anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung selektiv einrückbar, um das Trägerelement des zweiten Planetenradsatzes mit dem feststehenden Element zu verbinden.
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In einer abermals anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung selektiv einrückbar, um das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mit dem feststehenden Element zu verbinden.
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In einer abermals anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine sechste Drehmomentübertragungseinrichtung selektiv einrückbar, um das Trägerelement des dritten Planetenradsatzes mit dem feststehenden Element zu verbinden.
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In einer abermals anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Drehmomentübertragungseinrichtungen selektiv in Kombinationen von zumindest dreien einrückbar, um zumindest neun Vorwärtsgange und zumindest einen Rückwärtsgang zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement herzustellen.
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In einer abermals anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Trägerelement des dritten Planetenradsatzes einen ersten und zweiten Satz Planetenräder. Der erste Satz Planetenräder kämmt mit sowohl dem Sonnenrad als auch dem zweiten Satz Planetenräder und der zweite Satz Planetenräder kämmt mit sowohl dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes als auch dem zweiten Satz Planetenräder.
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Weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen deutlich werden, in denen gleiche Bezugszeichen auf das gleiche Bauteil, Element oder Merkmal verweisen.
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ZEICHNUNGEN
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Veranschaulichungszwecken und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
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1 ist ein Hebeldiagramm einer Ausführungsform eines Neunganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Neunganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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3 ist eine Wahrheitstabelle, die den Einrückungszustand der verschiedenen Drehmomentübertragungselemente in jedem der verfügbaren Vorwärts- und Rückwärtsgänge oder -übersetzungsverhältnisse des in den 1 und 2 veranschaulichten Getriebes darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Nutzungen nicht beschränken.
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Zu Beginn ist festzustellen, dass in dem besonderen angeführten Beispiel das Neungang-Automatikgetriebe der vorliegenden Erfindung eine Anordnung von permanenten mechanischen Verbindungen zwischen den Elementen der vier Planetenradsätze aufweist. Ein zweites Bauteil oder Element eines ersten Planetenradsatzes ist permanent mit einem ersten Bauteil oder Element eines zweiten Planetenradsatzes gekoppelt. Ein drittes Bauteil oder Element des ersten Planetenradsatzes ist permanent mit einem ersten Bauteil oder Element eines vierten Planetenradsatzes und mit einem ersten Bauteil oder Element eines dritten Planetenradsatzes gekoppelt. Ein drittes Bauteil oder Element eines zweiten Planetenradsatzes ist permanent mit einem zweiten Bauteil oder einem zweiten Element eines vierten Planetenradsatzes gekoppelt.
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Nun unter Bezugnahme auf
1 ist eine Ausführungsform eines Neunganggetriebes
10 in einem Hebeldiagrammformat veranschaulicht. Ein Hebeldiagramm ist eine schematische Darstellung der Bauteile einer mechanischen Einrichtung, wie eines Automatikgetriebes. Jeder einzelne Hebel stellt einen Planetenradsatz dar, wobei die drei grundlegenden mechanischen Bauteile des Planetenradsatzes jeweils durch einen Knoten dargestellt sind. Daher enthält ein einzelner Hebel drei Knoten: einen für das Sonnenrad, einen für den Planetenradträger und einen für das Hohlrad. Die relative Länge zwischen den Knoten jedes Hebels kann dazu verwendet werden, jeweils das Hohlrad/Sonnenrad-Verhältnis des jeweiligen Zahnradsatzes darzustellen. Diese Hebelverhältnisse werden wiederum dazu verwendet, die Übersetzungsverhältnisse des Getriebes zu variieren, um geeignete Verhältnisse und eine geeignete Verhältnisprogression zu erreichen. Mechanische Kopplungseinrichtungen oder Verbindungen zwischen den Knoten der verschiedenen Planetenradsätze sind durch dünne, horizontale Linien veranschaulicht, und Drehmomentübertragungseinrichtungen, wie Kupplungen und Bremsen, sind als ineinander greifende Finger dargestellt. Wenn die Einrichtung eine Bremse ist, ist ein Satz der Finger festgelegt. Eine weitergehende Erläuterung des Formats, Zwecks und der Verwendung von Hebeldiagrammen ist in der
SAE-Druckschrift 810102 "The Lever Analogy: A New Tool in Transmission Analysis" von Benford und Leising zu finden, die hiermit durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
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Das Getriebe 10 umfasst eine Eingangswelle oder ein Eingangselement 12, einen ersten Planetenradsatz 14 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 14A, einem zweiten Knoten 14B und einem dritten Knoten 14C, einen zweiten Planetenradsatz 16 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 16A, einem zweiten Knoten 16B und einem dritten Knoten 16C, einen dritten Planetenradsatz 18 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 18A, einem zweiten Knoten 18B und einem dritten Knoten 18C, einen vierten Planetenradsatz 20 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 20A, einem zweiten Knoten 20B und einem dritten Knoten 20C, und eine Ausgangswelle oder ein Ausgangselement 22.
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Das Eingangselement 12 ist mit dem dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 gekoppelt. Der zweite Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit einem ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 gekoppelt. Der dritte Knoten 14C des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem ersten Knoten 20A des vierten Planetenradsatzes 20 und mit dem ersten Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt. Der dritte Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 ist mit dem zweiten Knoten 20B des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt.
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Eine erste Kupplung 26 verbindet den zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit der Eingangswelle oder dem Eingangselement 12, dem dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 und dem zweiten Knoten 20B des vierten Planetenradsatzes 20. Eine zweite Kupplung 28 verbindet den dritten Knoten 14C des ersten Planetenradsatzes 14, den ersten Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18 und den ersten Knoten 20A des vierten Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16. Eine dritte Kupplung 30 verbindet den zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 und die Ausgangswelle oder das Ausgangselement 22 selektiv mit dem dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20. Eine erste Bremse 32 verbindet den zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem feststehenden Element oder einem Getriebegehäuse 50. Eine zweite Bremse 34 verbindet den ersten Knoten 14A des ersten Planetenradsatzes 14 selektiv mit dem feststehenden Element oder einem Getriebegehäuse 50. Eine dritte Bremse 36 verbindet den dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18 selektiv mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50.
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Nun unter Bezugnahme auf 2 stellt ein Prinzipdiagramm ein schematisches Layout der Ausführungsform des Neunganggetriebes 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dar. In 2 wird die Nummerierung aus dem Hebeldiagramm von 1 übernommen. Die Kupplungen, Bremsen und Kopplungseinrichtungen sind entsprechend dargestellt, wohingegen die Knoten der Planetenradsätze nun als Bauteile von Planetenradsätzen, wie Sonnenräder, Hohlräder, Planetenräder und Planetenradträger, erscheinen.
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Der Planetenradsatz 14 umfasst ein Sonnenradelement 14A, ein Hohlradelement 14C und ein Planetenradträgerelement 14B, das einen Satz Planetenräder 14D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Der Satz Planetenräder 14D ist derart konfiguriert, dass ein jedes mit sowohl dem Sonnenradelement 14A als auch dem Hohlradelement 14C kämmt. Das Sonnenradelement 14A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer ersten Welle oder einem ersten Verbindungselement 42 verbunden. Das Hohlradelement 14C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer zweiten Welle oder einem zweiten Verbindungselement 44 verbunden. Das Planetenträgerelement 14B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer dritten Welle oder einem dritten Verbindungselement 46 verbunden.
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Der Planetenradsatz 16 umfasst ein Sonnenradelement 16C, ein Hohlradelement 16A und ein Planetenradträgerelement 16B, das einen Satz Planetenräder 16D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Die Planetenräder 16D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenradelement 16C als auch dem Hohlradelement 16A zu kämmen. Das Sonnenradelement 16C ist zur gemeinsamen Rotation mit der Eingangswelle oder dem Eingangselement 12 verbunden. Das Hohlradelement 16A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer dritten Welle oder einem dritten Verbindungselement 46 verbunden. Das Planetenträgerelement 16B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer vierten Welle oder einem vierten Verbindungselement 48 und mit einer fünften Welle oder einem fünften Verbindungselement 52 verbunden.
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Zum Beispiel umfasst der Planetenradsatz 18 ein Sonnenradelement 18A, ein Hohlradelement 18B und ein Planetenradträgerelement 18C, das einen ersten Satz Planetenräder 18D (von denen nur eines gezeigt ist) und einen zweiten Satz Planetenräder 18E (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Der erste Satz Planetenräder 18D ist derart konfiguriert, dass ein jedes mit sowohl dem Sonnenradelement 1SA als auch dem zweiten Satz Planetenräder 18E kämmt. Der zweite Satz Planetenräder 18E ist derart konfiguriert, dass ein jedes mit sowohl dem Hohlradelement 18B als auch dem ersten Satz Planetenräder 18D kämmt. Das Sonnenradelement 18A ist zur gemeinsamen Rotation mit der zweiten Welle oder dem zweiten Verbindungselement 44 und mit einer sechsten Welle oder einem sechsten Verbindungselement 54 verbunden. Das Hohlradelement 18B ist zur gemeinsamen Rotation mit der Ausgangswelle oder dem Ausgangselement 22 verbunden. Das Planetenträgerelement 18C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer siebten Welle oder einem siebten Verbindungselement 56 verbunden.
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Der Planetenradsatz 20 umfasst ein Sonnenradelement 20A, ein Hohlradelement 20C und ein Planetenradträgerelement 20B, das einen Satz Planetenräder 20D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Der Satz Planetenräder 20D ist derart konfiguriert, dass ein jedes mit sowohl dem Sonnenradelement 20A als auch dem Hohlradelement 20C kämmt. Das Sonnenradelement 20A ist zur gemeinsamen Rotation mit der sechsten Welle oder dem sechsten Verbindungselement 54 verbunden. Das Hohlradelement 20C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer dritten Kupplung 30 verbunden. Das Planetenträgerelement 20B ist zur gemeinsamen Rotation mit der Eingangswelle oder dem Verbindungselement 12 verbunden.
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Die Eingangswelle oder das Eingangselement 12 ist ständig mit einer Maschine (nicht gezeigt) oder mit einem Turbinenrad eines Drehmomentwandlers (nicht gezeigt) verbunden. Die Ausgangswelle oder das Ausgangselement 22 ist ständig mit der Achsantriebseinheit oder dem Verteilergetriebe (nicht gezeigt) verbunden.
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Die Drehmomentübertragungsmechanismen oder die Kupplungen 26, 28, 30 und die Bremsen 32, 34 und 36 sorgen für eine selektive Verbindung der Wellen oder Verbindungselemente, der Elemente der Planetenradsätze und des Gehäuses. Zum Beispiel ist die erste Kupplung 26 selektiv einrückbar, um die Eingangswelle oder das Eingangselement 12 mit der vierten Welle oder dem vierten Verbindungselement 48 zu verbinden. Die zweite Kupplung 28 ist selektiv einrückbar, um die zweite Welle oder das zweite Verbindungselement 44 mit der fünften Welle oder dem fünften Verbindungselement 52 zu verbinden. Die dritte Kupplung 30 ist selektiv einrückbar, um die Ausgangswelle oder das Ausgangselement 22 mit dem Hohlrad 20C zu verbinden. Die erste Bremse 32 ist selektiv einrückbar, um die vierte Welle oder das vierte Verbindungselement 48 mit einem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation der vierten Welle oder des vierten Verbindungselements 48 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 zu verhindern. Die zweite Bremse 34 ist selektiv einrückbar, um die erste Welle oder das erste Verbindungselement 42 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation der ersten Welle oder des ersten Verbindungselements 42 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 zu verhindern. Die dritte Bremse 36 ist selektiv einrückbar, um die siebte Welle oder das siebte Verbindungselement 56 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation der siebten Welle oder des siebten Verbindungselements 56 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 zu verhindern.
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Nun wird unter Bezugnahme auf die 2 und 3 die Arbeitsweise der Ausführungsform des Neunganggetriebes 10 beschrieben. Es ist festzustellen, dass das Getriebe 10 in der Lage ist, Drehmoment von der Eingangswelle oder dem Eingangselement 12 auf die Ausgangswelle oder das Ausgangselement 22 in zumindest neun Vorwärtsgängen oder -drehmomentverhältnissen und zumindest einem Rückwärtsgang oder -drehmomentverhältnis mit einem Dreifach-Overdrive zu übertragen. Jeder Vorwärts- und Rückwärtsgang- oder jedes Vorwärts- und Rückwärtsdrehmomentverhältnis wird durch Einrückung von einem oder mehreren der Drehmomentübertragungsmechanismen (d. h. erste Kupplung 26, zweite Kupplung 28, dritte Kupplung 30, erste Bremse 32, zweite Bremse 34 und dritte Bremse 36) erzielt, wie es nachstehend erläutert wird. 3 ist eine Wahrheitstabelle, die die verschiedenen Kombinationen von Drehmomentübertragungselementen darstellt, die aktiviert oder eingerückt werden, um die verschiedenen Gangzustände zu erreichen. Tatsächliche numerische Übersetzungsverhältnisse der verschiedenen Gangzustände sind ebenfalls dargestellt, obwohl festzustellen ist, dass diese Zahlenwerte nur beispielhaft sind und dass sie über beträchtliche Bereiche eingestellt werden können, um sich verschiedenen Anwendungen und Betriebskriterien des Getriebes 10 anzupassen. Ein Beispiel der Übersetzungsverhältnisse, die unter Verwendung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erhalten werden können, ist in 3 ebenfalls gezeigt. Natürlich sind andere Übersetzungsverhältnisse abhängig von dem gewählten Zahnraddurchmesser, der gewählten Zahnradzähnezahl und der gewählten Zahnradkonfiguration erreichbar.
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Um den Rückwärtsgang herzastellen, werden die erste Bremse 32, die zweite Bremse 34 und die dritte Bremse 36 eingerückt oder aktiviert. Die erste Bremse 32 verbindet die vierte Welle oder das vierte Verbindungselement 48 mit einem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50, um eine Rotation der vierten Welle oder des vierten Verbindungselements 48 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 zu verhindern. Die zweite Bremse 34 verbindet die erste Welle oder das erste Verbindungselement 42 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50, um eine Rotation der ersten Welle oder des ersten Verbindungselements 42 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 zu verhindern. Die dritte Bremse 36 verbindet die siebte Welle oder das siebte Verbindungselement 56 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50, um eine Rotation der siebten Welle oder des siebten Verbindungselements 56 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 zu verhindern. Gleichermaßen werden die neun Vorwärtsgänge durch unterschiedliche Kombinationen einer Kupplungs- und Bremseneinrückung erreicht, wie es in 3 gezeigt ist.
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Es ist festzustellen, dass die vorstehende Erläuterung der Arbeitsweise und der Gangzustände des Neunganggetriebes 10 zuallererst von der Annahme ausgeht, dass alle in einem gegebenen Gangzustand nicht speziell genannten Kupplungen und Bremsen inaktiv oder ausgerückt sind, und zweitens während Gangschaltvorgängen, d. h. Wechseln des Gangzustands, zwischen zumindest benachbarten Gangzuständen, eine in beiden Gangzuständen eingerückte oder aktivierte Kupplung oder Bremse eingerückt oder aktiviert bleiben wird.
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Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur, und Abwandlungen, die nicht vom Kern der Erfindung abweichen, sollen im Umfang der Erfindung liegen. Derartige Abwandlungen sind nicht als eine Abweichung vom Gedanken und Umfang der Erfindung anzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- SAE-Druckschrift 810102 ”The Lever Analogy: A New Tool in Transmission Analysis” von Benford und Leising [0027]
