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Die Erfindung betrifft allgemein ein Mehrganggetriebe, das eine Mehrzahl von Planetenradsätzen und eine Mehrzahl von Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist, und genauer ein Getriebe, das zehn Gänge, einen zusammengesetzten Planetenradsatz, zwei weitere Planetenradsätze und sieben Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist.
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Ein typisches Mehrganggetriebe benutzt eine Kombination aus Reibkupplungen, Planetenradanordnungen und festen Verbindungen, um eine Mehrzahl von Übersetzungsverhältnissen 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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DE 20 2008 023 787 A1 offenbart Mehrganggetriebe mit zwei einzelnen Planetenradsätzen und einen zusammengesetzten Planetenradsatz sowie zumindest sieben Drehmomentübertragungseinrichtungen.
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KR 10 2008 0 037 830 A und
DE 10 2009 023 046 A1 offenbaren Getriebe mit einem zusammengesetzten Planetenradsatz, einem Planetenradsatz mit doppelten Planeten und einem einfachen Planetenradsatz sowie drei Bremsen und vier Kupplungen, welche acht und mehr Gänge bereitstellen.
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DE 10 2009 023 046 A1 beschreibt Getriebe mit einem zusammengesetzten Planetenradsatz, einem Planetenradsatz mit doppelten Planeten und einem einfachen Planetenradsatz, Getriebe mit einem zusammengesetzten Planetenradsatz und zwei Planetenradsätzen mit doppelten Planeten, sowie Getriebe mit einem zusammengesetzten Planetenradsatz und zwei einfachen Planetenradsätzen. Die Getriebe weisen jeweils drei Bremsen und vier Kupplungen auf.
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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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Es die Aufgabe der Erfindung, ein alternatives Zehnganggetriebe zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Getriebe nach Anspruch 1 gelöst.
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Die Erfindung wird im Folgen beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben, in diesen zeigt:
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1 ein Hebeldiagramm einer Ausführungsform eines Zehnganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Zehnganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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3 eine Schalttabelle, die den Einrückungszustand der verschiedenen Drehmomentübertragungselemente in jedem der verfügbaren Vorwärts- und Rückwärtsgänge oder -übersetzungsverhältnisse der in den 1, 2 und 3 veranschaulichten Getriebe darstellt.
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In 1 ist eine Ausführungsform eines Zehnganggetriebes 10 in einem Hebeldiagrammformat veranschaulicht. Ein Hebeldiagramm ist eine schematische Darstellung der Komponenten einer mechanischen Einrichtung, wie eines Automatikgetriebes. Jeder einzelne Hebel stellt einen Planetenradsatz dar, wobei die drei grundlegenden mechanischen Komponenten des Planetengetriebes 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 verändern, 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.
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Das Getriebe 10 umfasst eine Eingangswelle oder ein Eingangselement 12, einen ersten Planetenradsatz 14, einen zweiten Planetenradsatz 16, einen dritten Planetenradsatz 18 und einen vierten Planetenradsatz 20 und eine Ausgangswelle oder ein Ausgangselement 22. In dem Hebeldiagramm von 1 sind die Hebel für den ersten Planetenradsatz 14 und den zweiten Planetenradsatz 16 zu einem einzigen Vierknotenhebel kombiniert worden, der aufweist: einen ersten Knoten 14A, einen zweiten Knoten 14B, 16B, einen dritten Knoten 14C, 16C und einen vierten Knoten 16A. Somit ist das zweite Element 14B des ersten Planetenradsatzes 14 direkt mit dem zweiten Element 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 gekoppelt, und das dritte Element 14C des ersten Planetenradsatzes 14 ist direkt mit dem dritten Element 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 gekoppelt. Der dritte Planetenradsatz 18 weist drei Knoten auf: einen ersten Knoten 18A, einen zweiten Knoten 18B und einen dritten Knoten 18C. Der vierte Planetenradsatz 20 weist drei Knoten auf: einen ersten Knoten 20A, einen zweite Knoten 20B und einen dritten Knoten 20C.
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Das Eingangselement 12 ist ständig mit dem ersten Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt. Das Ausgangselement 22 ist mit dem zweiten Knoten 14B, 16B der kombinierten Hebel des ersten und zweiten Planetenradsatzes 14, 16 gekoppelt. Der vierte Knoten 16A der kombinierten Hebel des ersten und zweiten Planetenradsatzes 14, 16 ist mit dem zweiten Knoten 20B des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt. Der dritte Knoten 14C, 16C der kombinierten Hebel des ersten und zweiten Planetenradsatzes 14, 16 ist mit dem ersten Knoten 20A des vierten Planetenradsatzes 20 gekoppelt. Der dritte Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18 ist permanent direkt mit dem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 50 gekoppelt.
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Eine erste Kupplung 24 verbindet den ersten Knoten 14A der kombinierten Hebel des ersten und zweiten Planetenradsatzes 14, 16 selektiv mit dem zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18. Eine zweite Kupplung 26 verbindet das Eingangselement oder die Eingangswelle 12 und den ersten Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18 selektiv mit dem ersten Knoten 20A des vierten Planetenradsatzes 20 und dem dritten Knoten 14C, 16C der kombinierten Hebel des ersten und zweiten Planetenradsatzes 14, 16. Eine dritte Kupplung 28 verbindet den dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem ersten Knoten 20A des vierten Planetenradsatzes 20 und dem dritten Knoten 14C, 16C der kombinierten Hebel des ersten und zweiten Planetenradsatzes 14, 16. Eine vierte Kupplung 30 verbindet den zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 selektiv mit dem vierten Knoten 16A der kombinierten Hebel des ersten und zweiten Planetenradsatzes 14, 16. Eine erste Bremse 32 verbindet den zweiten Knoten 20B des vierten Planetenradsatzes 20 und den vierten Knoten 16A der kombinierten Hebel des ersten und zweiten Planetenradsatzes 14, 16 selektiv mit einem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 50. Eine zweite Bremse 34 verbindet den dritten Knoten 20C des vierten Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 50. Eine dritte Bremse 36 verbindet den ersten Knoten 20A des vierten Planetenradsatzes 20 und den dritten Knoten 14C, 16C der kombinierten Hebel des ersten und zweiten Planetenradsatzes 14, 16 selektiv mit dem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 50.
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In 2 stellt ein Prinzipdiagramm ein schematisches Layout einer Ausführungsform des Zehnganggetriebes 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dar. In 2 wird die Nummerierung aus dem Hebeldiagramm von 1 übernommen. Die Kupplungen und Kopplungseinrichtungen sind entsprechend dargestellt, wohingegen die Knoten der Planetenradsätze nun als Komponenten von Planetenradsätzen, wie Sonnenräder, Hohlräder, Planetenräder und Planetenradträger, erscheinen.
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Zum Beispiel sind der Planetenradsatz 14 und der Planetenradsatz 16 kombiniert, um einen zusammengesetzten Planetenradsatz 17 zu bilden. Der zusammengesetzte Planetenradsatz 17 umfasst ein erstes Sonnenradelement 14A, ein zweites Sonnenradelement 16A, ein Hohlradelement 14B, 16B und ein Planetenradträgerelement 14C, 16C, das einen ersten Satz Planetenräder 14D (von denen nur eines gezeigt ist) und einen zweiten Satz Ritzelräder 16D drehbar lagert. Das erste Sonnenradelement 14A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer ersten Welle oder einem ersten Verbindungselement 42 verbunden. Das Hohlradelement 14B, 16B ist zur gemeinsamen Rotation mit der Ausgangswelle oder dem Ausgangselement 22 verbunden. Das Planetenträgerelement 14C, 16C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer zweiten Welle oder einem zweiten Verbindungselement 44 und einer dritten Welle oder einem dritten Verbindungselement 46 verbunden. Der erste Satz Planetenräder 14D ist konfiguriert, um jeweils mit sowohl dem Sonnenradelement 14A als auch dem zweiten Satz Planetenräder 16D zu kämmen. Der zweite Satz Planetenräder 16D ist konfiguriert, um jeweils mit sowohl dem Sonnenradelement 16A, dem Hohlradelement 14B, 16B als auch dem ersten Satz Planetenräder 14D zu kämmen. Das zweite Sonnenradelement 16A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer vierten Welle oder einem vierten Verbindungselement 48 verbunden.
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Der Planetenradsatz 18 umfasst ein Sonnenradelement 18C, ein Hohlrad-element 18A und ein Planetenradträgerelement 18B, das einen Satz Planetenräder 18D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenradelement 18C ist direkt mit dem Getriebegehäuse 50 verbunden, um eine Rotation des Sonnenradelements 18C relativ zu dem Getriebegehäuse zu verhindern. Das Hohlradelement 18A ist zur gemeinsamen Rotation mit der Eingangswelle oder dem Eingangselement 12 verbunden. Das Planetenträgerelement 18B ist zur gemeinsamen Rotation mit der fünften Welle oder dem fünften Verbindungselement 52 verbunden. Die Planetenräder 18D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenradelement 18C als auch dem Hohlradelement 18A zu kämmen.
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Der Planetenradsatz 20 umfasst ein Sonnenradelement 20C, ein Hohlradelement 20A und ein Planetenradträgerelement 20B, das einen Satz Planetenräder 20D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenradelement 20C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer sechsten Welle oder einem sechsten Verbindungselement 54 verbunden. Das Hohlradelement 20A ist zur gemeinsamen Rotation mit der dritten Welle oder dem dritten Verbindungselement 46 verbunden. Das Planetenträgerelement 20B ist zur gemeinsamen Rotation mit der vierten Welle oder dem vierten Verbindungselement 48 verbunden. Die Planetenräder 20D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenradelement 20C als auch dem Hohlradelement 20A zu kämmen.
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Die Eingangswelle oder das Eingangselement 12 ist ständig mit einer Kraftmaschine (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 Kupplungen 24, 26, 28, 30 und 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 24 selektiv einrückbar, um die erste Welle oder das erste Verbindungselement 42 mit der sechsten Welle oder dem sechsten Verbindungselement 52 zu verbinden. Die zweite Kupplung 26 ist selektiv einrückbar, um die Eingangswelle oder das Eingangselement 12 mit der zweiten Welle oder dem zweiten Verbindungselement 44 zu verbinden. Die dritte Kupplung 28 ist selektiv einrückbar, um die sechste Welle oder das sechste Verbindungselement 54 mit der dritten Welle oder dem dritten Verbindungselement 46 zu verbinden. Die vierte Kupplung 30 ist selektiv einrückbar, um die vierte Welle oder das vierte Verbindungselement 48 mit der fünften Welle oder dem fünften Verbindungselement 52 zu verbinden. Die erste Bremse 32 ist selektiv einrückbar, um die vierte Welle oder das vierte Verbindungselement 48 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 48 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Die zweite Bremse 34 ist selektiv einrückbar, um die siebte Welle oder das siebte Verbindungselement 54 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 54 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Die dritte Bremse 36 ist selektiv einrückbar, um die dritte Welle oder das dritte Verbindungselement 46 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 46 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken.
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Nun wird unter Bezugnahme auf 2 und 3 die Arbeitsweise des Zehnganggetriebes 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 zehn Vorwärtsgängen oder Vorwärtsdrehmomentverhältnissen und zumindest einem Rückwärtsgang oder Rückwärtsdrehmomentverhältnis zu übertragen. Jeder Vorwärts- und Rückwärtsgang- oder jedes Vorwärts- und Rückwärtsdrehmomentverhältnis wird durch Einrückung von einem oder mehreren der Drehmomentübertragungsmechanismen (d. h. erste Kupplung 24, zweite Kupplung 26, dritte Kupplung 28, vierte Kupplung 30, erste Bremse 32, zweite Bremse 34 und dritte Bremse 36) erzielt, wie es nachstehend erläutert wird. 3 ist eine Schalttabelle, die die verschiedenen Kombinationen von Drehmomentübertragungsmechanismen darstellt, die aktiviert oder eingerückt werden, um die verschiedenen Gangzustände zu erreichen. Ein ”X” in dem Kasten bedeutet, dass die besondere Kupplung oder Bremse eingerückt ist, um den gewünschten Gangzustand zu erreichen. Ein ”0” stellt dar, dass die besondere Drehmomentübertragungseinrichtung (d. h. eine Bremse oder Kupplung) ein oder aktiv ist, aber kein Drehmoment transportiert. 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. Natürlich sind andere Übersetzungsverhältnisse abhängig von dem gewählten Zahnraddurchmesser, der gewählten Zahnradzähnezahl und der gewählten Zahnradkonfiguration erreichbar.
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Um zum Beispiel einen Rückwärtsgang herzustellen, werden die vierte Kupplung 30 und die dritte Bremse 36 eingerückt oder aktiviert. Die vierte Kupplung 30 verbindet die vierte Welle oder das vierte Verbindungselement 48 mit der sechsten Welle oder dem sechsten Verbindungselement 52. Die dritte Bremse 36 verbindet die dritte Welle oder das dritte Verbindungselement 46 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50, um eine Rotation des Elements 46 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Gleichermaßen werden die zehn 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 Zehnganggetriebes 10 zuallererst von der Annahme ausgeht, dass alle in einem gegebenen Gangzustand nicht speziell genannten Kupplungen 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 eingerückt oder aktiviert bleiben wird.
