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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/444,084, die am 17. Februar 2011 eingereicht wurde. Der Offenbarungsgehalt der obigen Anmeldung ist hierin durch Bezugnahme mit aufgenommen.
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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 liefern 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. Darüber hinaus hat die Entwicklung von Hybridantriebssträngen, die zusätzliche Komponenten, wie etwa Elektromotoren, benutzen, die Bedeutung eines effizienten und kompakten Bauraums des Getriebes erhöht.
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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, kostengünstiges 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 sind ein erster und ein zweiter der vier Planetenradsätze um eine erste Achse drehbar, und ein dritter und ein vierter der vier Planetenradsätze sind um eine zweite Achse drehbar. Die erste Achse und die zweite Achse sind radial voneinander versetzt. Der erste und dritte Planetenradsatz sind im Wesentlichen in einer ersten radialen Ebene angeordnet. Der zweite und vierte Planetenradsatz sind im Wesentlichen in einer zweiten radialen Ebene angeordnet. Ein erstes Zahnradpaar überträgt Drehmoment zwischen dem ersten und zweiten Planetenradsatz und dem dritten und vierten Planetenradsatz. Ein zweites Zahnradpaar überträgt Drehmoment zwischen dem ersten Planetenradsatz, dem zweiten Planetenradsatz und dem Eingangselement und dem dritten und vierten Planetenradsatz.
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In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Getriebe ein Eingangselement, ein Ausgangselement, einen ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatz, einen ersten koplanaren Zahnradsatz, einen zweiten koplanaren Zahnradsatz und sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen. Der erste und ein zweiter Planetenradsatz weisen jeweils ein erstes, ein zweites und ein drittes Element auf, wobei ein jedes von den ersten, zweiten und dritten Elementen in einem von einem ersten Rotationselement, einem zweiten Rotationselement, einem dritten Rotationselement und einem vierten Rotationselement enthalten ist. Zwei der Elemente des ersten Planetenradsatzes sind ständig getrennt mit zweien der Elemente des zweiten Planetenradsatzes verbunden, um zwei von dem ersten, zweiten, dritten und vierten Rotationselement zu bilden. Der dritte und ein vierter Planetenradsatz weisen jeweils ein erstes, ein zweites und ein drittes Element auf, wobei ein jedes von den ersten, zweiten und dritten Elementen in einem von einem fünften Rotationselement, einem sechsten Rotationselement, einem siebten Rotationselement und einem achten Rotationselement enthalten ist. Zwei der Elemente des dritten Planetenradsatzes sind ständig getrennt mit zweien der Elemente des vierten Planetenradsatzes verbunden, um zwei von dem fünften, sechsten, siebten und achten Rotationselement zu bilden. Der erste koplanare Zahnradsatz weist ein erstes Element auf, das mit einem zweiten Element kämmt, wobei das erste Element ständig mit dem dritten Rotationselement verbunden ist und das zweite Element des ersten koplanaren Zahnradsatzes ständig mit dem achten Rotationselement verbunden ist. Der zweite koplanare Zahnradsatz weist ein erstes Element auf, das mit einem zweiten Element kämmt, wobei das erste Element ständig mit dem ersten Rotationselement verbunden ist und das zweite Element des zweiten koplanaren Zahnradsatzes getrennt selektiv mit dem fünften und siebten Rotationselement verbindbar ist. Die sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen sind jeweils selektiv einrückbar, um zumindest eines von dem ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften, sechsten, siebten und achten Rotationselement mit zumindest einem anderem von einem feststehenden Element, den ersten und zweiten Elementen des ersten und zweiten koplanaren Zahnradsatzes und dem ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften, sechsten, siebten und achten Rotationselement zu verbinden. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen sind selektiv in Kombinationen von zumindest zweien einrückbar, um zumindest neun Vorwärtsgänge und zumindest einen Rückwärtsgang zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement herzustellen.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine erste der sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen selektiv einrückbar, um das zweite Element des zweiten koplanaren Zahnradsatzes mit dem siebten Rotationselement zu verbinden.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine zweite der sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen selektiv einrückbar, um das zweite Element des zweiten koplanaren Zahnradsatzes mit dem fünften Rotationselement zu verbinden.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine dritte der sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen selektiv einrückbar, um das vierte Rotationselement mit dem feststehenden Element zu verbinden.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine vierte der sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen selektiv einrückbar, um das zweite Rotationselement mit dem feststehenden Element zu verbinden.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine fünfte der sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen selektiv einrückbar, um das achte Rotationselement mit dem feststehenden Element zu verbinden.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine sechste der sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen selektiv einrückbar, um das siebte Rotationselement mit dem feststehenden Element zu verbinden.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung bildet das erste Element des zweiten Planetenradsatzes das erste Rotationselement, die zweiten Elemente des ersten und zweiten Planetenradsatzes sind ständig verbunden, um das zweite Rotationselement zu bilden, die dritten Elemente des ersten und zweiten Planetenradsatzes sind ständig verbunden, um das dritte Rotationselement zu bilden, das erste Element des ersten Planetenradsatzes bildet das vierte Rotationselement, das erste Element des vierten Planetenradsatzes bildet das fünfte Rotationselement, die zweiten Elemente des dritten und vierten Planetenradsatzes sind ständig verbunden, um das sechste Rotationselement zu bilden, die dritten Elemente des dritten und vierten Planetenradsatzes sind ständig verbunden, um das siebte Rotationselement zu bilden, und das erste Element des dritten Planetenradsatzes bildet das achte Rotationselement.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die ersten Elemente des ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatzes Sonnenräder, die dritten Elemente des ersten, zweiten und dritten Planetenradsatzes und das zweite Element des vierten Planetenradsatzes sind Trägerelemente, und die zweiten Elemente des ersten, zweiten und dritten Planetenradsatzes und das dritte Element des vierten Planetenradsatzes sind Hohlräder.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Eingangselement ständig mit dem ersten Rotationselement verbunden und das Ausgangselement ist ständig mit dem sechsten Rotationselement verbunden.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind vier der sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen Bremsen und zwei der sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen sind Kupplungen.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Getriebe ferner einen Elektromotor, der einen Rotor enthält, der ständig mit dem ersten Element des zweiten koplanaren Zahnradsatzes verbunden ist.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Getriebe ferner einen Elektromotor, der einen Rotor enthält, der ständig mit dem zweiten Element des zweiten koplanaren Zahnradsatzes verbunden ist.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Getriebe ferner eine siebte Drehmomentübertragungseinrichtung, eine achte Drehmomentübertragungseinrichtung und einen Elektromotor, der einen Rotor enthält. Die siebte Drehmomentübertragungseinrichtung ist selektiv einrückbar, um das fünfte Rotationselement mit dem Rotor des Elektromotors zu verbinden, und die achte Drehmomentübertragungseinrichtung ist selektiv einrückbar, um das zweite Element des zweiten koplanaren Zahnradsatzes mit dem Rotor des Elektromotors zu verbinden.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Getriebe ferner einen Elektromotor, der einen Rotor enthält, der ständig mit dem fünften Rotationselement verbunden ist.
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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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1A ist ein Hebeldiagramm einer Ausführungsform eines Neunganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
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1B ist eine Tabelle von Planetenradsatzkombinationen gemäß der Ausführungsform von 1A;
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1C ist eine Tabelle von Planetenradsatzkombinationen gemäß der Ausführungsform von 1A;
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2 ist ein Hebeldiagramm einer Ausführungsform eines Neunganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
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3 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Neunganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
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4 ist eine Wahrheitstabelle, die den Einrückungszustand der verschiedenen Drehmomentübertragungselemente in jedem der verfügbaren Vorwärts- und Rückwärtsgänge oder -übersetzungsverhältnisse des in den 2 und 3 veranschaulichten Getriebes darstellt;
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5 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Neunganggetriebes mit einem Elektromotor gemäß der vorliegenden Erfindung;
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6 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Neunganggetriebes mit einem Elektromotor gemäß der vorliegenden Erfindung;
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7 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Neunganggetriebes mit einem Elektromotor gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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8 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Neunganggetriebes mit einem Elektromotor gemäß der vorliegenden Erfindung.
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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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Nun unter Bezugnahme auf
1A 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 mit drei Knoten 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. In manchen Fällen können zwei Hebel zu einem einzigen Hebel, der mehr als drei Knoten (typischerweise vier Knoten) aufweist, kombiniert sein. Wenn zum Beispiel zwei Knoten an zwei unterschiedlichen Hebeln durch eine feste Verbindung verbunden sind, können sie als ein einziger Knoten an einem einzigen Hebel dargestellt werden. Die relative Länge zwischen den Knoten jedes Hebels kann dazu verwendet werden, jeweils das Hohlrad/Sonnenrad-Verhältnis jedes entsprechenden 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. Darüber hinaus können mehrere Zahnradsätze, die sich gemeinsame Verbindungen teilen, zu einem Hebel mit mehr Knoten kombiniert sein. Zum Beispiel können zwei Zahnradsätze mit drei Knoten, die sich zwei gemeinsame Verbindungen teilen, zu einem Vierknotenhebel kombiniert sein. 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 und einen ersten Hebel 11, der eine Kombination aus einem ersten Planetenradsatz und einem zweiten Planetenradsatz darstellt. Somit sind zumindest zwei feste Verbindungen zwischen den Bauteilen des ersten und zweiten Planetenradsatzes vorhanden. Der erste Hebel 11 umfasst einen ersten Knoten A, einen zweiten Knoten B, einen dritten Knoten C und einen vierten Knoten D. Ein zweiter Hebel 13 stellt eine Kombination aus einem dritten Planetenradsatz und einem vierten Planetenradsatz dar. Somit sind zumindest zwei feste Verbindungen zwischen den Bauteilen des dritten und vierten Planetenradsatzes vorhanden. Der zweite Hebel 13 umfasst einen ersten Knoten E, einen zweiten Knoten F, einen dritten Knoten G und einen vierten Knoten H. Der erste Knoten A des ersten Hebels 11 ist zur gemeinsamen Rotation mit der Eingangswelle oder dem Eingangselement 12 verbunden. Der zweite Knoten F des zweiten Hebels 13 ist zur gemeinsamen Rotation mit einer Ausgangswelle oder einem Ausgangselement 22 verbunden.
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Ein dritter Hebel 15 stellt ein erstes Außenradpaar dar, das einen ersten Knoten 15A und einen zweiten Knoten 15B aufweist. Der erste Knoten 15A des dritten Hebels 15 ist mit dem dritten Knoten C des ersten Hebels 11 gekoppelt, und der zweite Knoten 15B des dritten Hebels 15 ist mit dem vierten Knoten des zweiten Hebels 13 gekoppelt. Ein vierter Hebel 17 stellt ein zweites Außenradpaar dar, das einen ersten Knoten 17A und einen zweiten Knoten 17B aufweist. Der erste Knoten 17A des vierten Hebels 17 ist mit dem ersten Knoten A des ersten Hebels 15 gekoppelt.
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Eine erste Kupplung 26 verbindet den zweiten Knoten 17B des vierten Hebels 17 selektiv mit dem dritten Knoten G des zweiten Hebels 13. Eine zweite Kupplung 28 verbindet den zweiten Knoten 17B des vierten Hebels 17 selektiv mit dem ersten Knoten E des zweiten Hebels 13. Eine erste Bremse 30 verbindet den vierten Knoten D des ersten Hebels 11 selektiv mit einem feststehenden Element oder einem Getriebegehäuse 40. Eine zweite Bremse 32 verbindet den zweiten Knoten B des ersten Hebels 11 selektiv mit einem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 40. Eine dritte Bremse 34 verbindet den zweiten Knoten 15B des dritten Hebels 15 und den vierten Knoten H des zweiten Hebels 13 selektiv mit dem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 40. Eine vierte Bremse 36 verbindet den dritten Knoten G des zweiten Hebels 13 selektiv mit dem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 40.
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Nun unter Bezugnahme auf 1B zeigt eine Tabelle Beispiele von Dreiknotenhebeln, die zwei feste Verbindungen zwischen dem ersten und zweiten Planetenradsatz aufweisen. Diese Dreiknotenhebel sind kombiniert, um einen Vierknotenhebel zu bilden. Die in der ersten Spalte von 1B gezeigten Dreiknotenhebel sind kombiniert, um den Vierknotenhebel 11 von 1A zu bilden. Nun unter Bezugnahme auf 1C zeigt eine Tabelle Beispiele von Dreiknotenhebeln, die zwei feste Verbindungen zwischen dem dritten und vierten Planetenradsatz aufweisen. Diese Dreiknotenhebel sind kombiniert, um einen Vierknotenhebel zu bilden. Die in der ersten Spalte von 1C gezeigten Dreiknotenhebel sind kombiniert, um den Vierknotenhebel 13 von 1A zu bilden.
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Nun unter Bezugnahme auf 2 ist eine Ausführungsform eines Getriebes 10' in Hebeldiagrammform gezeigt. Genauer ist das Hebeldiagramm von 2 eine Dreiknotenversion des Vierknotenhebeldiagramms von 1A. Die Kupplungen, Bremsen und Kopplungseinrichtungen sind entsprechend dargestellt, wohingegen die Knoten der Hebel 11, 13 nun durch Knoten eines ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatzes 14, 16, 18 und 20 dargestellt sind.
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Zum Beispiel umfasst das Getriebe 10' die Eingangswelle oder das Eingangselement 12, den ersten Planetenradsatz 14 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 14A, einem zweiten Knoten 14B und einem dritten Knoten 14C, ein erstes Außenradpaar 15 mit einem ersten Knoten 15A und einem zweiten Knoten 15B, den zweiten Planetenradsatz 16 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 16A, einem zweiten Knoten 16B und einem dritten Knoten 16C, ein zweites Außenradpaar 17 mit einem ersten Knoten 17A und einem zweite Knoten 17B, den dritten Planetenradsatz 18 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 18A, einem zweiten Knoten 18B und einem dritten Knoten 18C, den vierten Planetenradsatz 20 mit drei Knoten: einem ersten Knoten 20A, einem zweiten Knoten 20B und einem dritten Knoten 20C, und die Ausgangswelle oder das Ausgangselement 22.
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Das Eingangselement 12 ist mit dem ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 und dem ersten Knoten 17A des zweiten Außenradpaares 17 gekoppelt. Das Ausgangselement 22 ist mit dem zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 und dem zweiten Knoten 20B des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt. Der zweite Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 gekoppelt. Der dritte Knoten 14C des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 und dem ersten Knoten 15A des ersten Außenradpaares 15 gekoppelt.
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Der zweite Knoten 15B des ersten Außenradpaares 15 ist mit dem ersten Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt. Der zweite Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 ist mit dem zweiten Knoten 20B des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt. Der dritte Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18 ist mit dem dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt.
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Die erste Kupplung 26 verbindet den zweiten Knoten 17B des zweiten Außenradpaares 17 selektiv mit dem dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18 und dem dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20. Die zweite Kupplung 28 verbindet den zweiten Knoten 17B des zweiten Außenradpaares selektiv mit dem ersten Knoten 20A des vierten Planetenradsatzes 20. Die erste Bremse 30 verbindet den ersten Knoten 14A des ersten Planetenradsatzes 14 selektiv mit dem feststehenden Element oder einem Getriebegehäuse 40. Die zweite Bremse 32 verbindet den zweiten Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 und den zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 40. Die dritte Bremse 34 verbindet den zweiten Knoten 15B des ersten Außenradpaares 15 und den ersten Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18 selektiv mit dem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 40. Die vierte Bremse 36 verbindet den dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18 und den dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 40.
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Nun unter Bezugnahme auf 3 stellt ein Prinzipdiagramm ein schematisches Layout der Ausführungsform des Neunganggetriebes 10' gemäß der vorliegenden Erfindung dar. In 3 wird die Nummerierung aus dem Hebeldiagramm von 2 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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Zum Beispiel ist der erste Planetenradsatz 14 koaxial mit dem Eingangselement 12 und umfasst ein Sonnenradelement 14A, ein Planetenradträgerelement 14C und ein Hohlradelement 14B. Das Sonnenradelement 14A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer ersten Welle oder einem ersten Verbindungselement 42 verbunden. Das Hohlradelement 14B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer zweiten Welle oder einem zweiten Verbindungselement 44 verbunden. Das Planetenradträgerelement 14C lagert drehbar einen Satz Planetenräder 14D (von denen nur eines gezeigt ist) und ist zur gemeinsamen Rotation mit einer dritten Welle oder einem dritten Verbindungselement 46 und einer vierten Welle oder einem vierten Verbindungselement 48 verbunden. Die Planetenräder 14D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenradelement 14A als auch dem Hohlradelement 14B zu kämmen.
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Der zweite Planetenradsatz 16 ist koaxial mit dem Eingangselement 12 und umfasst ein Sonnenradelement 16A, ein Planetenträgerelement 16C, das einen Satz Planetenräder 16D und 16E drehbar lagert, und ein Hohlradelement 16B. Das Sonnenradelement 16A ist zur gemeinsamen Rotation mit dem Eingangselement 12 verbunden. Das Hohlradelement 16B ist zur gemeinsamen Rotation mit der zweiten Welle oder dem zweiten Verbindungselement 44 verbunden. Das Planetenträgerelement 16C ist zur gemeinsamen Rotation mit der vierten Welle oder dem vierten Verbindungselement 48 und einer fünften Welle oder einem fünften Verbindungselement 50 verbunden. Die Planetenräder 16D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Hohlradelement 16B als auch den Planetenrädern 16E zu kämmen. Die Planetenräder 16E sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl den Planetenrädern 16D als auch dem Sonnenrad 16A zu kämmen.
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Das erste Außenradpaar 15 umfasst ein erstes Zahnradelement 15A, das mit einem zweiten Zahnradelement 15B kämmt. Das erste Zahnradelement 15A ist zur gemeinsamen Rotation mit dem fünften Verbindungselement 50 verbunden, und das zweite Zahnradelement 15B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer ersten Verteilerwelle oder einem ersten Verbindungselement 51 verbunden. In dem angeführten Beispiel ist das erste Verteilerelement 51 parallel zu und versetzt von dem Eingangselement 12.
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Das zweite Außenradpaar 17 umfasst ein erstes Zahnradelement 17A, das mit einem zweiten Zahnradelement 17B kämmt. Das erste Zahnradelement 17A ist zur gemeinsamen Rotation mit dem Eingangselement 12 verbunden, und das zweite Zahnradelement 17B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer zweiten Verteilerwelle oder einem zweiten Verbindungselement 53 verbunden. In dem angeführten Beispiel ist das zweite Verteilerelement 53 parallel zu und versetzt von dem ersten Verteilerelement 51 und dem Eingangselement 12.
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Der dritte Planetenradsatz 18 ist koaxial mit dem zweiten Verteilerelement 53 und umfasst ein Sonnenradelement 18A, ein Hohlradelement 18B und ein Planetenträgerelement 18C, das einen Satz Planetenräder 18D drehbar lagert. Das Sonnenradelement 18A ist zur gemeinsamen Rotation mit dem ersten Verteilerelement 51 verbunden. Das Hohlradelement 18B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer sechsten Welle oder einem sechsten Verbindungselement 52 verbunden. Das Planetenträgerelement 18C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer siebten Welle oder einem siebten Verbindungselement 54 und mit einer achten Welle oder einem achten Verbindungselement 56 verbunden. Die Planetenräder 18D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenradelement 18A als auch dem Hohlradelement 18B zu kämmen.
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Der vierte Planetenradsatz 20 ist koaxial mit dem zweiten Verteilerelement 53 und umfasst ein Sonnenradelement 20A, ein Hohlradelement 20C und ein Planetenträgerelement 20B, das einen Satz Planetenräder 20D drehbar lagert. Das Sonnenradelement 20A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer neunten Welle oder einem neunten Verbindungselement 58 verbunden. Das Hohlradelement 20C ist zur gemeinsamen Rotation mit dem siebten Verbindungselement 54 verbunden. Das Planetenträgerelement 20B ist zur gemeinsamen Rotation mit dem sechsten Verbindungselement 52 und mit dem Ausgangselement 22 verbunden. Die Planetenräder 20D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenradelement 20A als auch dem Hohlradelement 20C zu kämmen.
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Die Eingangswelle oder das Eingangselement 12 ist bevorzugt ständig mit einer Maschine (nicht gezeigt) oder mit einem Turbinenrad eines Drehmomentwandlers (nicht gezeigt) verbunden. Die Ausgangswelle oder das Ausgangselement 22 ist bevorzugt ständig mit der Achsantriebseinheit oder dem Verteilergetriebe (nicht gezeigt) verbunden.
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Die Drehmomentübertragungsmechanismen oder Kupplungen 26, 28 und Bremsen 30, 32, 34, 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 das achte Verbindungselement 56 mit dem zweiten Verteilerelement 53 zu verbinden. Die zweite Kupplung 28 ist selektiv einrückbar, um das neunte Verbindungselement 58 mit dem zweiten Verteilerelement 53 zu verbinden. Die erste Bremse 30 ist selektiv einrückbar, um das erste Verbindungselement 42 mit dem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 40 zu verbinden und somit eine Rotation des Sonnenradelements 14A des ersten Planetenradsatzes 14 relativ zu dem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 40 einzuschränken. Die zweite Bremse 32 ist selektiv einrückbar, um das zweite Verbindungselement 44 mit dem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 40 zu verbinden und somit eine Rotation des Hohlradelements 14B des ersten Planetenradsatzes 14 und des Hohlradelements 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 relativ zu dem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 40 einzuschränken. Die dritte Bremse 34 ist selektiv einrückbar, um das dritte Verbindungselement 46 mit dem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 40 zu verbinden und somit eine Rotation des Planetenträgerelements 14C des ersten Planetenradsatzes 14, des Planetenträgerelements 16C des zweiten Planetenradsatzes 16, des ersten und zweiten Zahnradelements 15A, 15B des ersten Außenradpaares und des Sonnenrads 18A des dritten Planetenradsatzes 18 relativ zu dem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 40 einzuschränken. Die vierte Bremse 36 ist selektiv einrückbar, um das siebte Verbindungselement 54 mit dem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 40 zu verbinden und somit eine Rotation des Planetenträgerelements 18C des dritten Planetenradsatzes 18 und des Hohlradelements 20C des vierten Planetenradsatzes 20 relativ zu dem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 40 einzuschränken.
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Nun wird unter Bezugnahme auf die 3 und 4 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 Vorwärtsdrehzahl- oder -drehmomentverhältnissen bzw. -gängen und zumindest einem Rückwärtsdrehzahl- oder -drehmomentverhältnis bzw. -gang zu übertragen. Jedes Vorwärts- und Rückwärtsdrehzahl- oder -drehmomentverhältnis wird durch Einrückung von einem oder mehreren der Drehmomentübertragungsmechanismen (d. h. erste Kupplung 26, zweite Kupplung 28, erste Bremse 30, zweite Bremse 32, dritte Bremse 34 und vierte Bremse 36) erzielt, wie es nachstehend erläutert wird. 4 ist eine Wahrheitstabelle, die die verschiedenen Kombinationen von Drehmomentübertragungsmechanismen 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 4 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 herzustellen, werden die erste Bremse 30 und die vierte Bremse 36 eingerückt oder aktiviert. Die erste Bremse 30 verbindet das erste Verbindungselement 42 mit dem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 40, um eine Rotation des Sonnenradelements 14A des ersten Planetenradsatzes 14 relativ zu dem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 40 einzuschränken. Die vierte Bremse 36 verbindet das siebte Verbindungselement 54 mit dem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 40, um eine Rotation des Planetenträgerelements 18C des dritten Planetenradsatzes 18 und des Hohlradelements 20C des vierten Planetenradsatzes 20 relativ zu dem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 40 einzuschränken. Gleichermaßen werden die neun Vorwärtsgänge durch unterschiedliche Kombinationen einer Kupplungs- und Bremseneinrückung erreicht, wie es in 4 gezeigt ist.
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Nun unter Bezugnahme auf 5 ist eine Ausführungsform eines Neunganggetriebes 100 gezeigt. Das Getriebe 100 ist ähnlich wie das Getriebe 10', wobei gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Bauteile beziehen. Das Getriebe 100 umfasst ferner einen Elektromotor 102, der im Allgemeinen einen Stator und einen Rotor umfasst. Der Stator umfasst mehrere Wicklungen oder Phasen und ist an einer Masse, einem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 40 durch ein Motorgehäuse befestigt. Der Rotor umfasst mehrere Magnete und/oder ferromagnetische Elemente und ist radial innen von dem Stator angeordnet. Eine Ausgangswelle des Rotors des Elektromotors 102 ist mit dem Eingangselement 12 verbunden. In verschiedenen Implementierungen des Getriebes 100 kann der Elektromotor 102 angewandt werden, um ein regeneratives Bremsen zur Verfügung zu stellen. In manchen Implementierungen kann der Elektromotor 102 angewandt werden, um das Fahrzeug in jedem der neun Vorwärtsübersetzungsverhältnisse oder -gänge und dem Rückwärtsübersetzungsverhältnis oder -gang anzufahren und anzutreiben.
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Nun unter Bezugnahme auf 6 ist eine Ausführungsform eines Neunganggetriebes 200 gezeigt. Das Getriebe 200 ist ähnlich wie das Getriebe 10', wobei gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Bauteile beziehen. Das Getriebe 200 umfasst ferner einen Elektromotor 202, der ähnlich wie der Elektromotor 102 von 5 ist. Jedoch ist die Ausgangswelle des Rotors des Elektromotors 202 mit dem zweiten Verteilerelement 53 verbunden.
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Nun unter Bezugnahme auf 7 ist eine Ausführungsform eines Neunganggetriebes 300 gezeigt. Das Getriebe 300 ist ähnlich wie das Getriebe 10', wobei gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Bauteile beziehen. Das Getriebe 300 umfasst ferner einen Elektromotor 302, der ähnlich wie der Elektromotor 102 von 5 ist. Die Ausgangswelle des Rotors des Elektromotors 302 ist mit einer ersten Motorkupplung 304 und einer zweiten Motorkupplung 306 verbunden. Die erste Motorkupplung 304 ist selektiv einrückbar, um den Motor 302 mit dem Sonnenrad 20A des vierten Planetenradsatzes 20 zu verbinden. Die zweite Motorkupplung 306 ist selektiv einrückbar, um den Motor 302 mit dem zweiten Verteilerelement 53 zu verbinden.
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Nun unter Bezugnahme auf 8 ist eine Ausführungsform eines Neunganggetriebes 400 gezeigt. Das Getriebe 400 ist ähnlich wie das Getriebe 10', wobei gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Bauteile beziehen. Das Getriebe 400 umfasst ferner einen Elektromotor 402, der ähnlich wie der Elektromotor 102 von 5 ist. Die Ausgangswelle des Rotors des Elektromotors 402 ist mit dem Sonnenrad 20A des vierten Planetenradsatzes 20 verbunden.
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Die vorliegende Erfindung liefert ein verbessertes Getriebe. Insbesondere stellt das Getriebe eine kompakte Anordnung zur Verfügung, während es auch zumindest neun Vorwärtsgänge vorsieht. Die kompakte Anordnung wird erreicht, indem ein Paar der vier Planetenradsätze 14, 16, 18 und 20 entlang einer ersten Achse angeordnet ist und das andere Paar der vier Planetenradsätze 14, 16, 18 und 20 entlang einer zweiten Achse angeordnet ist und jedes Paar mit zwei Außenradsätzen gekoppelt ist. Darüber hinaus ist die kompakte Anordnung für die Integration von Elektromotoren in verschiedenen Hybridkonfigurationen vorteilhaft.
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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 [0036]
